Электронная версия подготовлена Мэрилиндой Фрейзер-Канлифф, Стивеном Х. Сентоффом и командой онлайн-корректоров (http://www.pgdp.net)

БЕСЕДЫ О НАТУРФИЛОСОФИИ

IN WHICH
THE ELEMENTS OF THAT SCIENCE
ARE FAMILIARLY EXPLAINED.

С иллюстрациями.

BY THE AUTHOR OF CONVERSATIONS ON CHEMISTRY, &c.

WITH CORRECTIONS, IMPROVEMENTS, AND CONSIDERABLE ADDITIONS IN THE BODY OF THE WORK;

С соответствующими вопросами и глоссарием:

BY DR. THOMAS P. JONES,
PROFESSOR OF MECHANICS, IN THE FRANKLIN INSTITUTE OF THE STATE OF PENNSYLVANIA.

ФИЛАДЕЛЬФИЯ: ИЗДАНО И ПРОДАЕТСЯ ДЖОНОМ ГРИГГОМ, УЛИЦА НОРТ-ФОРТ-СТРИТ, № 9. Стереотип Л. Джонсона. 1826.

Восточный округ Пенсильвании, а именно:

Да будет известно, что двадцать четвертого апреля, в пятидесятый год независимости Соединенных Штатов Америки, в 1826 году от Р. Х., Джон Григг из вышеупомянутого округа депонировал в этом офисе название книги, право на которую он заявляет как владелец, в следующих словах, а именно:

«Беседы о натурфилософии, в которых элементы этой науки изложены в доступной форме. С иллюстрациями. Автора «Бесед о химии» и др. С исправлениями, улучшениями и значительными дополнениями в основном тексте; с соответствующими вопросами и глоссарием: доктора Томаса П. Джонса, профессора механики в Институте Франклина, штат Пенсильвания».

В соответствии с Актом Конгресса Соединенных Штатов под названием «Акт о поощрении образования путем обеспечения прав на копии карт, диаграмм и книг авторам и владельцам таких копий в течение упомянутых сроков», а также Актом под названием «Акт, дополняющий Акт под названием «Акт о поощрении образования путем обеспечения прав на копии карт, диаграмм и книг авторам и владельцам таких копий в течение упомянутых сроков» и распространяющий его действие на искусство проектирования, гравирования и офорта, исторические и другие эстампы».

Д. КОЛДУЭЛЛ, секретарь Восточного округа Пенсильвании.

ПРЕДИСЛОВИЕ.

Несмотря на огромное количество книг, написанных специально для использования в школах и охватывающих все предметы, по которым ведется обучение, прискорбным фактом остается то, что список книг, хорошо приспособленных для этой цели, весьма короток. Почти все они были написаны либо теми, кто не имеет опыта преподавания, либо учителями, не обладающими достаточными знаниями по предметам, о которых они пишут. Каждый образованный человек, посвятивший себя обучению молодежи, должен был почувствовать и оплакать справедливость этих наблюдений.

В большинстве случаев улучшение уже используемого труда будет более приемлемым, чем совершенно новый труд равного достоинства, поскольку внедрение книги в школы всегда сопряжено с некоторыми трудностями.

«Беседы о химии», написанные миссис Марсет, получили заслуженную известность и широко использовались в качестве школьного учебника еще до публикации ее «Бесед о натурфилософии». Последние также часто использовались для той же цели, однако среди опытных учителей сложилось общее мнение, что по своему исполнению они значительно уступают первой работе.

Редактор издания, ныне представленного публике, взялся добавить к работе вопросы для проверки знаний учащихся и примечания там, где счел их необходимыми. Однако вскоре он обнаружил, что последнее начинание будет весьма неприятным, поскольку ему пришлось бы указывать в нижней части многих страниц на недостатки и ошибки в тексте; в то время как многочисленные способы иллюстрации или формы выражения, которые, как убедил его опыт учителя, не будут понятны учащемуся, должны были бы остаться без изменений. Поэтому он решил пересмотреть всю работу и с полной свободой внести в ее основной текст такие изменения, которые, по его мнению, наилучшим образом приспособят ее к цели, для которой она была предназначена. Если бы книгу в ее нынешнем виде тщательно сравнили с оригиналом, то обнаружилось бы, что в соответствии с этим решением едва ли не каждая страница последнего претерпела изменения. Были внесены словесные правки, исправлены фактические ошибки и введены новые способы иллюстрации всякий раз, когда считалось, что уже используемые можно улучшить или когда было известно, что из-за местных причин они не являются привычными в этой стране.

Редактор уверен, что, выполнив эту задачу, он сделал книгу более ценной для учителя и более полезной для ученика; и он не сомневается, что интеллигентный автор предпочла бы принятый метод тому, который был предложен изначально.

Разумный учитель, конечно, будет варьировать вопросы в зависимости от обстоятельств; а те, кто не будет использовать их вовсе как вопросы, все равно найдут их полезными для направления внимания ученика на самые важные моменты на каждой странице.

Глоссарий ограничен научными терминами, встречающимися в работе; полагают, что он включает все те, четкое определение которых невозможно найти в наших обычных словарях.

СОДЕРЖАНИЕ.

CONVERSATION I.
| ON GENERAL PROPERTIES OF BODIES. | 9
| Introduction. General Properties of Bodies. Impenetrability. Extension. Figure. Divisibility. Inertia. Attraction. Attraction of Cohesion. Density. Rarity. Heat. Attraction of Gravitation.
CONVERSATION II.
| ON THE ATTRACTION OF GRAVITY. | 22
| Attraction of Gravitation, continued. Of Weight. Of the Fall of Bodies. Of the Resistance of the Air. Of the Ascent of Light Bodies.
CONVERSATION III.
| ON THE LAWS OF MOTION. | 32

Of Motion. Of the Inertia of Bodies. Of Force to produce Motion. Direction of Motion. Velocity, absolute and relative. Uniform Motion. Retarded Motion. Accelerated Motion. Velocity of Falling Bodies. Momentum. Action and Reaction equal. Elasticity of Bodies. Porosity of Bodies. Reflected Motion. Angles of Incidence and Reflection.

CONVERSATION IV.

| ON COMPOUND MOTION. | 46

Compound Motion, the result of two opposite forces. Of Curvilinear Motion, the result of two forces. Centre of Motion, the point at rest, while the other parts of the body move round it. Centre of Magnitude, the middle of a body. Centripetal Force, that which impels a body towards a fixed central point. Centrifugal Force, that which impels a body to fly from the centre. Fall of Bodies in a Parabola. Centre of Gravity, the point about which the parts balance each other.

CONVERSATION V.

| ON THE MECHANICAL POWERS. | 54

Of the Power of Machines. Of the Lever in general. Of the Lever of the first kind, having the Fulcrum between the power and the weight. Of the Lever of the second kind, having the Weight between the power and the fulcrum. Of the Lever of the third kind, having the Power between the fulcrum and the weight. Of the Pulley. Of the Wheel and Axle. Of the Inclined Plane. Of the Wedge. Of the Screw.

CONVERSATION VI.
| ASTRONOMY.
| CAUSES OF THE MOTION OF THE HEAVENLY BODIES. | 70
| Of the Earth's annual motion. Of the Planets, and their motion. Of the Diurnal motion of the Earth and Planets.
CONVERSATION VII.
| ON THE PLANETS. | 80
| Of the Satellites and Moons. Gravity diminishes as the Square of the Distance. Of the Solar System. Of Comets. Constellations, signs of the Zodiac. Of Copernicus, Newton, &c.
CONVERSATION VIII.
| ON THE EARTH. | 91
| Of the Terrestrial Globe. Of the Figure of the Earth. Of the Pendulum. Of the Variation of the Seasons, and of the Length of Days and Nights. Of the Causes of the Heat of Summer. Of Solar, Siderial, and Equal or Mean Time.
CONVERSATION IX.
| ON THE MOON. | 108
| Of the Moon's Motion. Phases of the Moon. Eclipses of the Moon. Eclipses of Jupiter's Moons. Of Latitude and Longitude. Of the Transits of the inferior Planets. Of the Tides.
CONVERSATION X.
| HYDROSTATICS.
| ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF FLUIDS. | 118

Definition of a Fluid. Distinction between Fluids and Liquids. Of Non-Elastic Fluids, scarcely susceptible of Compression. Of the Cohesion of Fluids. Of their Gravitation. Of their Equilibrium. Of their Pressure. Of Specific Gravity. Of the Specific Gravity of Bodies heavier than Water. Of those of the same weight as Water. Of those lighter than Water. Of the Specific Gravity of Fluids.

CONVERSATION XI.
| OF SPRINGS, FOUNTAINS, &c. | 128
| Of the Ascent of Vapour and the Formation of Clouds. Of the Formation and Fall of Rain, &c. Of the Formation of Springs. Of Rivers and Lakes. Of Fountains.
CONVERSATION XII.
| PNEUMATICS.
| ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF AIR. | 136
| Of the Spring or Elasticity of the Air. Of the Weight of the Air. Experiments with the Air Pump. Of the Barometer. Mode of Weighing Air. Specific Gravity of Air. Of Pumps. Description of the Sucking Pump. Description of the Forcing Pump.
CONVERSATION XIII.
| ON WIND AND SOUND. | 146
| Of Wind in General. Of the Trade Wind. Of the Periodical Trade Winds. Of the Aerial Tides. Of Sound in General. Of Sonorous Bodies. Of Musical Sounds. Of Concord or Harmony, and Melody.
CONVERSATION XIV.
| ON OPTICS. | 157
| Of Luminous, Transparent, and Opaque Bodies. Of the Radiation of Light. Of Shadows. Of the Reflection of Light. Opaque Bodies seen only by Reflected Light. Vision Explained. Camera Obscura. Image of Objects on the Retina.
CONVERSATION XV.
| OPTICS—continued.
| OF THE ANGLE OF VISION, AND REFLECTION OF MIRRORS. | 168
| Angle of Vision. Reflection of Plain Mirrors. Reflection of Convex Mirrors. Reflection of Concave Mirrors.
CONVERSATION XVI.
| ON REFRACTION AND COLOURS. | 179
| Transmission of Light by Transparent Bodies. Refraction. Refraction by the Atmosphere. Refraction by a Lens. Refraction by the Prism. Of Colour from the Rays of Light. Of the Colours of Bodies.
CONVERSATION XVII.
| ON THE STRUCTURE OF THE EYE, AND OPTICAL INSTRUMENTS. | 195
| Description of the Eye. Of the Image on the Retina. Refraction by the Humours of the Eye. Of the use of Spectacles. Of the Single Microscope. Of the Double Microscope. Of the Solar Microscope. Magic Lanthorn. Refracting Telescope. Reflecting Telescope.
Glossary, | 205

БЕСЕДА I. ОБ ОБЩИХ СВОЙСТВАХ ТЕЛ.

INTRODUCTION. GENERAL PROPERTIES OF BODIES. IMPENETRABILITY. EXTENSION. FIGURE. DIVISIBILITY. INERTIA. ATTRACTION. ATTRACTION OF COHESION. DENSITY. RARITY. HEAT. ATTRACTION OF GRAVITATION.

ЭМИЛИ.

Я должна просить вашей помощи, дорогая миссис Б., в деле, за которое я недавно взялась: это обучение моей младшей сестры, задача, которая, как я обнаружила, оказалась труднее, чем я предполагала вначале. Я могу довольно сносно обучать ее обычному распорядку детских уроков, но она такое любознательное маленькое создание, что не удовлетворяется без объяснения каждой трудности, которая ей встречается, и часто задает мне вопросы, на которые я не знаю, как ответить. Сегодня утром, например, когда я объяснила ей, что мир круглый, как мяч, а не плоский, как она полагала, и что он окружен воздухом, она спросила меня, что его поддерживает. Я сказала ей, что он не нуждается в поддержке; тогда она спросила, почему он не падает, как все остальное? Это, признаюсь, озадачило меня; ибо я сама довольствовалась тем, что узнала, что мир плавает в воздухе, не задумываясь о том, насколько неестественно, что столь тяжелое тело, несущее вес всех других вещей, способно поддерживать само себя.

Миссис Б. Я не сомневаюсь, дорогая, что смогу объяснить вам эту трудность; но я полагаю, что было бы почти невозможно сделать ее понятной для такого маленького ребенка, как ваша сестра София. Вы, находясь сейчас на тринадцатом году жизни, можете, я думаю, с полным основанием узнать не только причину этого конкретного факта, но и приобрести общее знание законов, которыми управляется мир природы.

Эмили. Больше всего на свете я хотела бы это узнать; но я боялась, что это слишком трудная наука даже для моего возраста.

Миссис Б. Не тогда, когда она объясняется в доступной форме: если у вас хватит терпения слушать, я с готовностью дам вам всю информацию, которая в моих силах. Возможно, поначалу предмет покажется вам несколько сухим, но если мне удастся объяснить законы природы так, чтобы вы их поняли, я уверена, что вы извлечете из этого изучения не только пользу, но и большое удовольствие.

Эмили. Я не сомневаюсь в этом, миссис Б.; и, пожалуйста, начните с объяснения того, почему земля не нуждается в поддержке; ибо это тот вопрос, который сейчас сильнее всего возбуждает мое любопытство.

Миссис Б. Моя дорогая Эмили, если я собираюсь попытаться дать вам общее представление о законах природы, что означает не что иное, как познакомить вас с наукой натурфилософии, нам необходимо действовать с некоторой долей регулярности. Я не хочу ограничивать вас систематическим порядком научного трактата, но если бы мы просто рассматривали каждый смутный вопрос, который может случайно возникнуть, наш прогресс был бы очень медленным. Давайте поэтому начнем с краткого обзора общих свойств тел, некоторые из которых необходимо объяснить, прежде чем я смогу попытаться сделать так, чтобы вы поняли, почему земля не нуждается в поддержке.

Когда я говорю о телах, я имею в виду субстанции любой природы, будь то твердые или жидкие; а материя — это общий термин, используемый для обозначения субстанции, какова бы ни была ее природа, из которой состоят различные тела. Таким образом, дерево, из которого сделан этот стол, вода, которой наполнен этот стакан, и воздух, которым мы постоянно дышим, — все они являются материей.

Эмили. Я очень рада, что вы объяснили значение слова «материя», так как это исправило ошибочное представление, которое у меня сложилось: я думала, что оно применимо только к твердым телам.

Миссис Б. Существуют определенные свойства, которые кажутся общими для всех тел, и поэтому называются существенными или неотъемлемыми свойствами тел; это непроницаемость, протяженность, фигура, делимость, инерция и притяжение. Их также называют общими свойствами тел, поскольку мы не предполагаем существования какого-либо тела без них.

Под непроницаемостью понимается свойство тел занимать определенное пространство, так что там, где находится одно тело, другое не может находиться, не вытеснив первое; ибо два тела не могут существовать в одном и том же месте в одно и то же время. Жидкость может быть удалена легче, чем твердое тело; однако она не менее существенна, поскольку так же невозможно, чтобы жидкость и твердое тело занимали одно и то же пространство в одно и то же время, как и для двух твердых тел. Например, если вы опустите ложку в стакан, полный воды, вода выльется через край, чтобы освободить место для ложки.

Эмили. Я понимаю это прекрасно. Жидкости в действительности так же существенны или непроницаемы, как твердые тела, и кажутся менее таковыми только потому, что их легче вытеснить.

Миссис Б. Воздух — это жидкость, отличающаяся по своей природе от жидкостей, но не менее непроницаемая. Если я попытаюсь наполнить этот флакон, погрузив его в этот таз с водой, воздух, как видите, устремляется из флакона пузырьками, чтобы освободить путь для воды, ибо воздух и вода не могут существовать вместе в одном и том же пространстве, не более чем два твердых тела; и если я переверну этот кубок и погружу его перпендикулярно в воду так, чтобы воздух не смог выйти, вода больше не сможет наполнить кубок.

Эмили. Но она поднимается на некоторое расстояние в стакан.

Миссис Б. Потому что вода сжимает воздух в меньшее пространство в верхней части стакана; но пока он остается там, никакое другое тело не может занимать то же самое место.

Эмили. У меня только что возникла трудность в отношении непроницаемости твердых тел; если гвоздь забивают в кусок дерева, он проникает в него, и и дерево, и гвоздь занимают то же самое пространство, которое раньше занимало только дерево?

Миссис Б. Гвоздь проникает между частицами дерева, заставляя их уступить ему место; ибо вы знаете, что ни один атом дерева не может оставаться в пространстве, которое занимает гвоздь; и если дерево не увеличивается в размере от добавления гвоздя, то это потому, что дерево — пористое вещество, подобное губке, частицы которого могут быть сжаты или придвинуты ближе друг к другу; и именно так они уступают место гвоздю.

Теперь мы можем перейти к следующему общему свойству тел — протяженности. Тело, занимающее определенное пространство, обязательно должно обладать протяженностью; то есть длиной, шириной и глубиной или толщиной; это называется измерениями протяженности: можете ли вы составить представление о каком-либо теле без них?

Эмили. Нет, конечно, не могу; хотя эти измерения, разумеется, чрезвычайно варьируются в разных телах. Длина, ширина и глубина коробки или наперстка сильно отличаются от таковых у трости или волоса.

Но разве высота также не является измерением протяженности?

Миссис Б. Высота и глубина — это одно и то же измерение, рассматриваемое с разных точек зрения; если вы измеряете тело или пространство сверху вниз, вы называете это глубиной; если снизу вверх, вы называете это высотой; таким образом, глубина и высота коробки, по сути, одно и то же.

Эмили. Совершенно верно; мгновение размышления позволило бы мне это обнаружить; и ширина и поперечник — это также одно и то же измерение.

Миссис Б. Да; границы протяженности составляют фигуру или форму. Вы понимаете, что тело, имеющее длину, ширину и глубину, не может быть без формы, симметричной или неправильной?

Эмили. Несомненно; и это свойство допускает почти бесконечное разнообразие.

Миссис Б. Природа наделила многие свои произведения правильными формами. Естественная форма различных минеральных веществ — это кристаллы, которых существует огромное множество. Многие из них очень красивы и примечательны не только своей прозрачностью или цветом, но и совершенной правильностью своих форм, что можно увидеть в различных музеях и коллекциях естественной истории. Растительный и животный мир кажется менее симметричным, но еще более разнообразным по фигуре, чем минеральное царство. Искусственные вещества принимают различные произвольные формы, которые придает им искусство человека; и бесконечное число неправильных форм создается изломами и расчленением частей тел.

Эмили. Например, кусок разбитого фарфора или стекла?

Миссис Б. Или массы и обломки камня и других минеральных веществ, которые добываются из земли или находятся на ее поверхности; многие из них, хотя и состоят из мельчайших кристаллов, в куске имеют неправильную форму.

Теперь мы можем перейти к делимости; то есть к восприимчивости быть разделенным на неопределенное число частей. Возьмите любое небольшое количество материи, например, песчинку, и разрежьте ее на две части; эти две части можно было бы снова разделить, если бы у нас были инструменты, достаточно тонкие для этой цели; и если с помощью толчения, измельчения и других подобных методов мы доведем это деление до максимально возможной степени и сведем тело к его тончайшим вообразимым частицам, все же ни одна из частиц не будет уничтожена, но каждая будет содержать столько же половин и четвертей, сколько содержало целое зерно.

Растворение твердого тела в жидкости дает очень яркий пример крайней делимости материи; когда вы подслащиваете чашку чая, например, с какой тонкостью должен быть разделен сахар, чтобы распространиться по всей жидкости.

Эмили. А если вы нальете несколько капель красного вина в стакан воды, они немедленно окрасят всю воду и, следовательно, должны быть распределены по всему ее объему.

Миссис Б. Совершенно верно; и аромат этой лавандовой воды будет почти так же мгновенно распространен по всей комнате, если я выну пробку.

Эмили. Но в этом случае по комнате распространяется только аромат лаванды, а не сама вода.

Миссис Б. Запах или аромат тела — это часть самого тела, и он создается мельчайшими частицами или испарениями, которые выходят из пахучих тел. Было бы невозможно, чтобы вы почувствовали запах лавандовой воды, если бы ее частицы не вступили в фактический контакт с вашим носом.

Эмили. Но когда я нюхаю цветок, я не вижу, чтобы от него поднимался пар; и все же я чувствую запах на значительном расстоянии.

Миссис Б. Вы могли бы, уверяю вас, не более почувствовать запах цветка, пахучие частицы которого не коснулись вашего носа, чем попробовать фрукт, ароматизированные частицы которого не вступили в контакт с вашим языком.

Эмили. Это действительно удивительно; частицы, которые исходят от цветка и от лавандовой воды, я полагаю, слишком малы, чтобы быть видимыми?

Миссис Б. Конечно: вы можете составить некоторое представление об их крайней миниатюрности по огромному количеству, которое должно было вырваться, чтобы надушить всю комнату; и все же нет заметного уменьшения жидкости во флаконе.

Эмили. Но количество действительно должно уменьшиться?

Миссис Б. Несомненно; и если бы вы оставили бутылку открытой на достаточно долгое время, вся вода испарилась бы и исчезла. Но хотя они так мелко разделены, что невосприимчивы ни одним из наших чувств, каждая частица продолжала бы существовать; ибо не в силах человека уничтожить ни одной частицы материи: и нет никаких оснований полагать, что в природе атом когда-либо аннигилируется.

Эмили. И все же, когда тело сгорает дотла, часть его, по крайней мере, кажется полностью уничтоженной: посмотрите, как мал остаток пепла в камине от всего топлива, которое было в нем сожжено.

Миссис Б. Та часть топлива, которую вы считаете уничтоженной, испаряется в виде дыма, пара и воздуха, в то время как остаток превращается в пепел. Тело при горении, несомненно, претерпевает очень заметные изменения; оно обычно подвергается делению; его форма и цвет изменяются; его протяженность увеличивается: но различные части, на которые оно было разделено в результате горения, продолжают существовать и сохраняют все существенные свойства тел.

Эмили. Но та часть сгоревшего тела, которая испаряется в дым, не имеет фигуры; дым, правда, поднимается столбами в воздух, но вскоре он настолько рассеивается, что теряет всякую форму; он становится, по сути, невидимым.

Миссис Б. Невидимым, я согласна; но мы не должны воображать, что то, что мы больше не видим, больше не существует. Если бы каждая частица материи, которая становится невидимой, аннигилировалась, сам мир со временем был бы уничтожен. Частицы дыма, рассеиваясь в воздухе, продолжают оставаться частицами материи так же, как и тогда, когда они были более тесно соединены в виде углей: они действительно так же существенны в одном состоянии, как и в другом, и в равной степени, когда из-за своего крайнего деления они становятся невидимыми. Ни одна частица материи никогда не уничтожается: это принцип, который вы должны постоянно помнить. Все в природе распадается и портится с течением времени. Мы умираем, и наши тела превращаются в пыль; но ни один атом из них не теряется; они служат для питания земли, откуда, пока жили, они черпали свою поддержку.

Следующее существенное свойство материи называется инерцией или бездеятельностью; это слово выражает сопротивление, которое материя оказывает изменению состояния покоя на состояние движения или состояния движения на состояние покоя. Тела в равной степени неспособны изменить свое фактическое состояние, будь то движение или покой. Вы знаете, что требуется сила, чтобы привести тело, находящееся в покое, в движение; приложение силы также необходимо, чтобы остановить тело, которое уже находится в движении. Сопротивление тела изменению состояния в любом случае возникает из-за его инерции.

Эмили. Играя в бейсбол, я вынуждена использовать всю свою силу, чтобы придать мячу быстрое движение; и когда мне нужно его поймать, я уверена, что чувствую сопротивление, которое он оказывает при попытке его остановить. Но если бы я его не поймала, он вскоре упал бы на землю и остановился сам по себе.

Миссис Б. Поскольку материя инертна, она так же неспособна остановиться сама по себе, как и привести себя в движение: поэтому, когда мяч перестает двигаться, он должен быть остановлен какой-то другой причиной или силой; но так как это сила, с которой вы еще не знакомы, мы не можем в настоящее время исследовать ее эффекты.

Последнее свойство, которое кажется общим для всех тел, — это притяжение. Все тела состоят из бесконечно малых частиц материи, каждая из которых обладает силой притягивать или притягивать к себе и соединяться с любой другой частицей, достаточно близкой, чтобы находиться под влиянием ее притяжения; но в мельчайших частицах эта сила распространяется на столь малое расстояние вокруг них, что ее эффект не ощутим, если они не находятся (или, по крайней мере, не кажутся находящимися) в контакте; тогда это заставляет их слипаться или прилипать друг к другу, и поэтому называется силой сцепления. Без этой силы твердые тела распадались бы на куски или, скорее, рассыпались бы в атомы.

Эмили. Я так привыкла видеть тела твердыми и прочными, что мне никогда не приходило в голову, что для соединения частиц, из которых они состоят, требуется какая-то сила. Но сила сцепления, я полагаю, не существует в жидкостях; ибо частицы жидкостей не остаются вместе, чтобы образовать тело, если они не ограничены сосудом?

Миссис Б. Прошу прощения; именно сила сцепления удерживает эту каплю воды, подвешенную на кончике моего пальца, и сохраняет соединенными мельчайшие водяные частицы, из которых она состоит. Но поскольку эта сила тем сильнее, чем теснее соединены частицы тел, сила сцепления твердых тел гораздо больше, чем у жидкостей.

Чем тоньше и легче жидкость, тем меньше сила сцепления ее частиц, потому что они находятся дальше друг от друга; а в упругих жидкостях, таких как воздух, нет силы сцепления между частицами.

Эмили. Это очень удачно; ибо было бы невозможно дышать воздухом в твердой массе; или даже в жидком состоянии.

Но является ли воздух телом той же природы, что и другие тела?

Миссис Б. Несомненно, во всех существенных свойствах.

Эмили. И все же вы говорите, что он не обладает одним из общих свойств тел — притяжением.

Миссис Б. Частицы воздуха не лишены силы притяжения, но они находятся слишком далеко друг от друга, чтобы находиться под его влиянием так, чтобы вызвать сцепление: и все усилия человеческого искусства оказались безрезультатными в попытке сжать их так, чтобы привести их в сферу притяжения друг друга и заставить их сцепляться.

Эмили. Если так, то как возможно доказать, что они наделены этой силой?

Миссис Б. Воздух образован частицами точно такой же природы, как те, которые входят в состав жидких и твердых тел, в каждом из которых у нас есть доказательство их притяжения.

Эмили. Тогда, я полагаю, именно из-за различных степеней силы сцепления в разных веществах они бывают твердыми или мягкими, а жидкости — густыми или жидкими.

Миссис Б. Да; но вы лучше выразили бы свою мысль термином «плотность», который обозначает степень близости и компактности частиц тела. В философском языке плотность определяется как свойство тел, благодаря которому они содержат определенное количество материи при определенном объеме или величине. Разреженность — это противоположность плотности; она обозначает тонкость и субтильность тел: таким образом, вы бы сказали, что ртуть — очень плотная жидкость; эфир — очень редкая. Тела, которые являются наиболее плотными, не всегда сцепляются наиболее сильно; свинец плотнее железа, но его частицы легче разделяются.

Кэролайн. Но как нам судить о количестве материи, содержащейся в определенном объеме?

Миссис Б. По весу: при одинаковом объеме тела считаются плотными пропорционально тому, насколько они тяжелы.

Эмили. Тогда мы можем сказать, что металлы — плотные тела, дерево — сравнительно редкое и т. д. Но, миссис Б., когда частицы тела находятся так близко, что притягивают друг друга, эффект этой силы должен увеличиваться по мере того, как они сближаются под ее действием; так что можно было бы предположить, что тело будет постепенно увеличиваться в плотности, пока не станет невозможным для его частиц соединиться еще теснее. Теперь мы знаем, что это не так; ибо мягкие тела, такие как пробка, губка или масло, никогда не становятся, вследствие возрастающего притяжения их частиц, такими твердыми, как железо?

Миссис Б. В таких телах, как пробка и губка, частиц, которые вступают в контакт, так мало, что они производят лишь слабую степень сцепления: это пористые тела, которые из-за особого расположения своих частиц изобилуют промежутками, или порами, которые разделяют частицы. Но существует также жидкость, гораздо более тонкая, чем воздух, которая пронизывает все тела, это — тепло. Тепло проникает в большей или меньшей степени между частицами всех тел и раздвигает их; поэтому вы можете рассматривать тепло и силу сцепления как постоянно действующие в противовес друг другу.

Эмили. Одно стремится разорвать тело на части, другое — сохранить его части прочно соединенными.

Миссис Б. И именно эта борьба между противоборствующими силами тепла и притяжения предотвращает ту крайнюю степень плотности, которая возникла бы под исключительным влиянием силы сцепления.

Эмили. Чем больше тело нагрето, тем больше будут разделены его частицы.

Миссис Б. Конечно: мы обнаруживаем, что тела не только разбухают или расширяются, но и теряют свое сцепление от тепла: этот эффект очень заметен в масле, например, которое расширяется от воздействия тепла, пока, наконец, сила сцепления не уменьшается настолько, что частицы разделяются, и масло становится жидким. Подобный эффект производится теплом на металлы и все тела, способные плавиться. Жидкости, вы знаете, заставляют кипеть путем применения тепла; сила сцепления тогда полностью уступает отталкивающей силе; частицы полностью разделяются и превращаются в пар или испарение. Но действие тепла ни в одном теле не более заметно, чем в воздухе, который расширяется и сжимается при его увеличении или уменьшении в очень значительной степени.

Эмили. Эффекты тепла кажутся одной из самых интересных частей натурфилософии.

Миссис Б. Это правда; но тепло так тесно связано с химией, что вы должны позволить мне отложить исследование его свойств до тех пор, пока вы не познакомитесь с этой наукой.

Возвращаясь к его антагонисту, силе сцепления; именно эта сила возвращает пару его жидкую форму, которая соединяет его в капли, когда он падает на землю в виде ливня, которая собирает росу в блестящие драгоценные камни на травинках.

Эмили. И я часто замечала, что после ливня вода собирается в крупные капли на листьях растений; но я не могу сказать, что я полностью понимаю, как сила сцепления производит этот эффект.

Миссис Б. Дождь, когда он впервые покидает облака, находится не в форме капель, а в форме тумана или пара, который состоит из очень маленьких водяных частиц; они при своем падении взаимно притягивают друг друга, и те, которые достаточно близки, в результате соединяются и образуют каплю, и таким образом туман превращается в ливень. Роса также первоначально была в состоянии пара, но благодаря взаимному притяжению частиц образуется в маленькие глобулы на травинках: подобным образом дождь на листе собирается в крупные капли, которые, когда они становятся слишком тяжелыми для того, чтобы лист мог их поддерживать, падают на землю.

Эмили. Все это удивительно любопытно! Я почти сбита с толку удивлением и восхищением от количества новых идей, которые я уже приобрела.

Миссис Б. Каждый шаг, который вы делаете в погоне за естественной наукой, наполнит ваш ум восхищением и благодарностью к ее Божественному Автору. В изучении натурфилософии мы должны считать себя читающими книгу природы, в которой щедрая благость и мудрость Бога открыты всему человечеству; никакое изучение не может способствовать большему очищению сердца и возвышению его к религиозному созерцанию Божественных совершенств.

Есть еще один любопытный эффект силы сцепления, который я должна вам указать; это называется капиллярностью. Она позволяет жидкостям подниматься выше своего обычного уровня в капиллярных трубках: это трубки, каналы которых настолько чрезвычайно малы, что жидкости поднимаются внутри них из-за силы сцепления между частицами жидкости и внутренней поверхностью трубки. Вы видите, как вода поднимается в этой маленькой стеклянной трубке выше своего уровня в кубке с водой, в который я опустила один ее конец?

Эмили. О да; я вижу, как она медленно ползет вверх по трубке, но теперь она неподвижна: разве она не поднимется выше?

Миссис Б. Нет; потому что сила сцепления между водой и внутренней поверхностью трубки теперь уравновешена весом воды внутри нее; если бы канал трубки был уже, вода поднялась бы выше; и если вы погрузите несколько трубок с каналами разных размеров, вы увидите, что она поднимается на разную высоту в каждой из них. При проведении этого эксперимента вам следует окрасить воду небольшим количеством красного вина, чтобы сделать эффект более очевидным.

Все пористые вещества, такие как губка, хлеб, лен и т. д., можно рассматривать как совокупности капиллярных трубок: если вы окунете один конец куска сахара в воду, жидкость поднимется в нем и намочит его значительно выше поверхности воды, в которую вы его окунули.

Эмили. При заваривании чая я часто наблюдала этот эффект, не будучи в состоянии объяснить его.

Миссис Б. Теперь, когда вы знакомы с силой сцепления, я должна попытаться объяснить вам силу гравитации, которая, вероятно, является модификацией той же силы; первая заметна только в очень мельчайших частицах и на очень малых расстояниях; другая действует на самые большие тела и распространяется на огромные расстояния.

Эмили. Вы поражаете меня: неужели вы хотите сказать, что большие тела притягивают друг друга?

Миссис Б. Действительно хочу: давайте возьмем, например, одно из самых больших тел в природе и понаблюдаем, не притягивает ли оно другие тела. Что является причиной падения этой книги, когда я больше не поддерживаю ее?

Эмили. Может ли это быть притяжение земли? Я думала, что все тела имеют естественную склонность падать.

Миссис Б. Они имеют естественную склонность падать, это правда; но эта склонность создается исключительно притяжением земли: земля, будучи намного больше любого тела на своей поверхности, заставляет каждое тело, которое не поддерживается, падать на нее.

Эмили. Если склонность, которую имеют тела к падению, является результатом притягательной силы земли, сама земля не может иметь такой склонности, так как она не может притягивать сама себя, и поэтому она не нуждается в поддержке, чтобы предотвратить ее падение. И все же мысль о том, что тела не падают сами по себе, а притягиваются к земле ее притяжением, настолько нова и странна для меня, что я не знаю, как примириться с ней.

Миссис Б. Когда вы привыкнете рассматривать падение тел как зависящее от этой причины, это покажется вам естественным и, безусловно, гораздо более удовлетворительным, чем если бы причина их склонности к падению была совершенно неизвестна. Таким образом, вы понимаете, что вся материя обладает притяжением, от мельчайшей частицы до самой большой массы; и что тела притягивают друг друга с силой, пропорциональной количеству материи, которую они содержат.

Эмили. Я не вижу никакой разницы между силой сцепления и силой гравитации; не потому ли, что каждая частица материи наделена силой притяжения, большие тела, состоящие из большого количества частиц, так сильно притягивают?

Миссис Б. Верно. Однако есть разница между притяжением частиц и притяжением масс: первое происходит только тогда, когда частицы соприкасаются, в то время как второе проявляется, когда массы находятся далеко друг от друга. Притяжение частиц часто противодействует силе гравитации. Пример этого вы имеете в притяжении капиллярных трубок, в которых жидкости поднимаются благодаря силе сцепления, в противовес силе гравитации. Именно по этой причине необходимо, чтобы канал трубки был чрезвычайно мал; ибо если столбик воды внутри трубки не очень мал, сила сцепления не смогла бы ни поднять, ни поддержать его в противовес его гравитации; потому что увеличение веса в столбике воды заданной высоты намного больше, чем увеличение притягивающей поверхности трубки при увеличении ее размера.

Вы можете заметить также, что все твердые тела способны благодаря силе сцепления своих частиц противостоять силе гравитации, которая в противном случае разъединила бы их и привела бы их на уровень земли, как это происходит в случае с жидкостью, сила сцепления которой недостаточна, чтобы позволить ей противостоять силе гравитации.

Эмили. И некоторые твердые тела кажутся таковыми, например, песок и порошок: между их частицами нет силы сцепления?

Миссис Б. Каждое зерно порошка или песка состоит из большого количества других, более мелких частиц, прочно соединенных силой сцепления; но между отдельными зернами нет заметного притяжения, потому что они не находятся в достаточно тесном контакте.

Эмили. И все же они фактически касаются друг друга?

Миссис Б. Поверхность тел в целом настолько грубая и неровная, что при кажущемся контакте они касаются друг друга лишь несколькими точками. Таким образом, когда я кладу эту книгу на стол, переплет которой кажется совершенно гладким, так мало частиц ее нижней поверхности вступают в контакт со столом, что не происходит никакой заметной степени силы сцепления; ибо вы видите, что она не прилипает и не сцепляется со столом, и мне не составляет труда поднять ее.

Только когда поверхности, совершенно плоские и хорошо отполированные, приводятся в контакт, частицы приближаются в достаточном количестве и достаточно близко, чтобы произвести заметную степень силы сцепления. Вот две пластины из полированного металла, я прижимаю их плоские поверхности друг к другу, предварительно вставив несколько капель масла, чтобы заполнить каждую маленькую пористую пустоту. Теперь попробуйте разделить их.

Эмили. Это требует усилия, превышающего мою силу, хотя есть ручки для того, чтобы тянуть их в разные стороны. Является ли прочное сцепление двух пластин просто результатом силы сцепления?

Миссис Б. Нет силы более мощной, поскольку именно благодаря ей частицы самых твердых тел удерживаются вместе. Потребовался бы вес в несколько фунтов, чтобы разделить эти пластины. В данном примере, однако, большая часть силы сцепления обусловлена притяжением, существующим между металлом и маслом, которое вставлено; так как без этого или какой-либо другой жидкости точки контакта все равно были бы сравнительно немногочисленны, хотя мы, возможно, применили все наше искусство, придавая плоские поверхности пластинам.

Эмили. При изготовлении калейдоскопа я помню, что две стеклянные пластины, которые должны были служить зеркалами, прилипли так сильно друг к другу, что я вообразила, что какой-то клей, который я использовала, случайно попал между ними; но теперь я убеждена, что именно их собственная естественная сила сцепления произвела этот эффект.

Миссис Б. Очень вероятно, что это было так; ибо листовое стекло имеет чрезвычайно гладкую, плоскую поверхность, допускающую контакт большого количества частиц, когда две пластины накладываются друг на друга.

Эмили. Но, миссис Б., сила сцепления некоторых веществ гораздо больше, чем у других; таким образом, клей, камедь и паста сцепляются с исключительной цепкостью.

Миссис Б. Тела, которые различаются по своей природе в других отношениях, различаются также и по своей силе сцепления; вероятно, нет двух тел, частицы которых притягивали бы друг друга с точно такой же силой.

Существуют некоторые другие модификации притяжения, присущие определенным телам; а именно: магнетизм, электричество и сродство, или химическое притяжение; но мы ограничим наше внимание только силой сцепления и силой гравитации; исследование последней мы возобновим на нашей следующей встрече.

Вопросы

1.(Pg. 10) What is intended by the term bodies?

2.(Pg. 10) Is the term matter, restricted to substances of a particular kind?

3.(Pg. 10) Name those properties of bodies, which are called inherent.

4.(Pg. 10) What is meant by impenetrability?

5.(Pg. 10) Can a liquid be said to be impenetrable?

6.(Pg. 11) How can you prove that air is impenetrable?

7.(Pg. 11) If air is impenetrable, what causes the water to rise some way into a goblet, if I plunge it into water with its mouth downward?

8.(Pg. 11) When I drive a nail into wood, do not both the iron and the wood occupy the same space?

9.(Pg. 11) In how many directions, is a body said to have extension?

10.(Pg. 11) How do we distinguish the terms height and depth?

11.(Pg. 12) What constitutes the figure, or form of a body?

12.(Pg. 12) What is said respecting the form of minerals?

13.(Pg. 12) What of the vegetable and animal creation?

14.(Pg. 12) What of artificial, and accidental forms?

15.(Pg. 12) What is meant by divisibility?

16.(Pg. 12) What examples can you give, to prove that the particles of a body are minute in the extreme?

17.(Pg. 13) What produces the odour of bodies?

18.(Pg. 13) How do odours exemplify the minuteness of the particles of matter?

19.(Pg. 13) Can matter be in any way annihilated?

20.(Pg. 13) What becomes of the fuel, which disappears in our fires?

21.(Pg. 14) How can that part which evaporates, be still said to possess a substantial form?

22.(Pg. 14) What do we mean by inertia?

23.(Pg. 14) Give an example to prove that force is necessary, either to give or to stop motion.

24.(Pg. 14) What general power do the particles of matter exert upon other particles?

25.(Pg. 15) What is that species of attraction called, which keeps bodies in a solid state?

26.(Pg. 15) Does the attraction of cohesion exist in liquids, and how is its existence proved?

27.(Pg. 15) If the particles of air attract each other, why do they not cohere?

28.(Pg. 15) From what then do you infer that they possess attraction?

29.(Pg. 15) How do you account for some bodies being hard and others soft?

30.(Pg. 16) What is meant by the term density?

31.(Pg. 16) Do the most dense bodies always cohere the most strongly?

32.(Pg. 16) How do we know that one body is more dense than another?

33.(Pg. 16) What is there which acts in opposition to cohesive attraction, tending to separate the particles of bodies?

34.(Pg. 17) What would be the consequence if the repulsive power of heat were not exerted?

35.(Pg. 17) If we continue to increase the heat, what effects will it produce on bodies?

36.(Pg. 17) What body has its dimensions most sensibly affected by change of temperature?

37.(Pg. 17) What power restores vapours to the liquid form?

38.(Pg. 17) What examples can you give?

39.(Pg. 17) How are drops of rain and of dew said to be formed?

40.(Pg. 18) What is meant by a capillary tube?

41.(Pg. 18) What effect does attraction produce when these are immersed in water?

42.(Pg. 18) What is the reason that the water rises to a certain height only?

43.(Pg. 18) Give some familiar examples of capillary attraction.

44.(Pg. 18) In what does gravitation differ from cohesive attraction?

45.(Pg. 18) What causes bodies near the earth's surface, to have a tendency to fall towards it?

46.(Pg. 19) What remarkable difference is there between the attraction of gravitation, and that of cohesion?

47.(Pg. 19) In what instances does the power of cohesion counteract that of gravitation?

48.(Pg. 19) Why will water rise to a less height, if the size of the tube is increased?

49.(Pg. 20) Why do not two bodies cohere, when laid upon each other?

50.(Pg. 20) Can two bodies be made sufficiently flat to cohere with considerable force?

51.(Pg. 20) What is the reason that the adhesion is greater when oil is interposed?

52.(Pg. 21) What other modifications of attraction are there, besides those of cohesion and of gravitation?

БЕСЕДА II. О СИЛЕ ГРАВИТАЦИИ.

ATTRACTION OF GRAVITATION, CONTINUED. OF WEIGHT. OF THE FALL OF BODIES. OF THE RESISTANCE OF THE AIR. OF THE ASCENT OF LIGHT BODIES.

ЭМИЛИ.

Я рассказала своей сестре Кэролайн все, чему вы меня научили по натурфилософии, и она была так восхищена этим, что надеется, что вы будете так добры допустить ее к вашим урокам.

Миссис Б. Очень охотно; но я не думала, что у вас есть вкус к занятиям такого рода, Кэролайн.

Кэролайн. Признаюсь, миссис Б., что до сих пор у меня не было очень приятного представления ни о философии, ни о философах; но то, что рассказала мне Эмили, так сильно возбудило мое любопытство, что я буду очень рада, если вы позволите мне стать одной из ваших учениц.

Миссис Б. Боюсь, что я не найду вас такой послушной ученицей, как Эмили; я знаю, что вы очень предвзяты в пользу своих собственных мнений.

Кэролайн. Тогда у вас будет большая заслуга в их исправлении, миссис Б.; и после всех чудес, о которых рассказала мне Эмили, я думаю, что у меня мало шансов против вас и ваших притяжений.

Миссис Б. Вы, я не сомневаюсь, выдвинете ряд возражений; но их я охотно приму, так как они дадут возможность прояснить предмет. Эмили, помните ли вы названия общих свойств тел?

Эмили. Непроницаемость, протяженность, фигура, делимость, инерция и притяжение.

Миссис Б. Очень хорошо. Вы должны помнить, что это свойства, общие для всех тел, и которых они не могут быть лишены; все другие свойства тел называются случайными, потому что они зависят от отношения или связи одного тела к другому.

Кэролайн. И все же, конечно, миссис Б., существуют другие свойства, которые являются существенными для тел, помимо тех, что вы перечислили. Цвет и вес, например, общи для всех тел и не возникают из их связи друг с другом, а существуют в самих телах; следовательно, они не могут быть случайными качествами?

Миссис Б. Прошу прощения; эти свойства не существуют в телах независимо от их связи с другими телами.

Кэролайн. Что! Тела не имеют веса? Разве этот стол не тяжелее этой книги; и если одна вещь тяжелее другой, разве не должно существовать такое понятие, как вес?

Миссис Б. Без сомнения: но это свойство не кажется существенным для тел; оно зависит от их связи друг с другом. Вес — это эффект силы притяжения, без которой стол и книга не имели бы никакого веса.

Эмили. Думаю, я понимаю вас; именно сила гравитации делает тела тяжелыми.

Миссис Б. Вы правы. Я говорила вам, что сила гравитации пропорциональна количеству материи, которую содержат тела: теперь, поскольку земля состоит из гораздо большего количества материи, чем любое тело на ее поверхности, сила ее притяжения обязательно должна быть наибольшей и должна притягивать все так расположенное к себе; вследствие чего тела, которые не поддерживаются, падают на землю, в то время как те, которые поддерживаются, давят на объект, который предотвращает их падение, с весом, равным силе, с которой они тяготеют к земле.

Кэролайн. Та же самая причина, которая вызывает падение тел, производит и их вес. Было очень глупо с моей стороны не понять этого раньше, так как это естественное и необходимое следствие притяжения; но мысль о том, что тела не являются действительно тяжелыми сами по себе, казалась мне совершенно непостижимой. Но, миссис Б., если притяжение — это свойство, существенное для материи, вес должен быть таким же; ибо как может одно существовать без другого?

Миссис Б. Предположим, в универсальном пространстве существует только одно тело, каким был бы его вес?

Кэролайн. Это зависело бы от его размера; или, точнее говоря, от количества материи, которое оно содержало.

Эмили. Нет, нет; тело не имело бы веса, каким бы ни был его размер; потому что ничто не притягивало бы его. Разве я не права, миссис Б.?

Миссис Б. Вы правы: вы должны признать, следовательно, что было бы возможно существование притяжения без веса; ибо каждая из частиц, из которых состояло тело, обладала бы силой притяжения; но они могли бы проявлять ее только между собой; вся масса, не имея ничего, что притягивать или чем быть притянутой, не имела бы веса.

Кэролайн. Теперь я вполне удовлетворена тем, что вес не является существенным для существования тел; но что вы имеете против цветов, миссис Б.; вы не будете, я думаю, отрицать, что они действительно существуют в самих телах.

Миссис Б. Когда мы перейдем к рассмотрению темы цветов, я надеюсь, что смогу убедить вас, что цвета также являются случайными качествами, совершенно отличными от тел, к которым они, по-видимому, принадлежат.

Кэролайн. О, пожалуйста, объясните нам это сейчас, мне так любопытно узнать, как это возможно.

Миссис Б. Если мы не будем действовать с некоторой долей порядка и метода, вы в конце концов окажетесь мало что знающей из всего, что узнаете. Давайте поэтому идти регулярно и хорошо познакомимся с общими свойствами тел, прежде чем мы пойдем дальше.

Эмили. Возвращаясь, следовательно, к притяжению (которое кажется мне самым интересным из всех, так как оно в равной степени принадлежит всем видам материи), оно должно быть взаимным между двумя телами; и если так, то когда камень падает на землю, земля должна подняться на часть пути навстречу камню?

Миссис Б. Конечно; но вы должны помнить, что сила притяжения пропорциональна количеству материи, которую содержат тела, и если вы учтете разницу, которая существует в этом отношении между камнем и землей, вы не будете удивлены, что не замечаете, как земля поднимается навстречу камню; ибо хотя это правда, что между землей и камнем происходит взаимное притяжение, притяжение последнего настолько мало по сравнению с притяжением первой, что делает его эффект незаметным.

Эмили. Но поскольку сила притяжения пропорциональна количеству материи, содержащейся в телах, почему холмы не притягивают к себе дома и церкви?

Кэролайн. Что за мысль, Эмили! Как могут дома и церкви сдвинуться с места, если они так прочно закреплены в земле!

Миссис Б. Вопрос Эмили вовсе не абсурден, а ваш ответ, Кэролайн, совершенно справедлив; но можете ли вы сказать, почему дома и церкви так прочно закреплены в земле?

Кэролайн. Боюсь, что ответила верно лишь случайно; ибо начинаю подозревать, что каменщики и плотники не смогли бы придать своим постройкам никакой устойчивости без помощи силы сцепления.

Миссис Б. Безусловно, именно сила сцепления между кирпичами и раствором позволяет возводить стены, и они настолько сильно притягиваются землей, что противостоят любому другому импульсу; в противном случае они неизбежно перемещались бы в сторону холмов и гор; но меньшая сила должна уступать большей. Существуют, однако, некоторые обстоятельства, при которых притяжение крупного тела заметно противодействует притяжению земли. Если, стоя на склоне горы, вы будете держать в руке отвес, груз не упадет перпендикулярно к земле, а отклонится немного в сторону горы; и это происходит из-за бокового притяжения горы, которое вмешивается в перпендикулярное притяжение земли.

Эмили. Но размер горы весьма ничтожен по сравнению со всей землей.

Миссис Б. Вы должны помнить, что притяжение пропорционально количеству материи, и хотя притяжение горы гораздо меньше притяжения земли, его все же может быть достаточно, чтобы заметно воздействовать на отвес, который находится так близко к ней.

Кэролайн. Скажите, миссис Б., разве две чаши весов висят параллельно друг другу?

Миссис Б. Полагаю, вы хотите спросить, параллельны ли друг другу две линии, перпендикулярные к земле? Думаю, я догадываюсь о причине вашего вопроса, но хотела бы, чтобы вы попытались ответить на него без моей помощи.

Кэролайн. Я думала, что такие линии должны под действием гравитации стремиться к одной и той же точке — центру земли; линии, стремящиеся к одной точке, не могут быть параллельными, так как параллельные линии всегда находятся на равном расстоянии друг от друга и никогда не пересекаются.

Миссис Б. Очень хорошо объяснено; теперь вы видите пользу от ваших знаний о параллельных линиях: если бы вы не знали их свойств, вы не смогли бы прийти к такому выводу. Это может помочь вам составить представление о большой пользе, которую можно извлечь даже из небольших знаний по геометрии при изучении натурфилософии; и если после того, как я познакомлю вас с первыми элементами, у вас возникнет желание продолжить обучение, я бы посоветовала вам подготовиться, приобретя некоторые знания по геометрии. Эта наука научила бы вас тому, что линии, падающие перпендикулярно к поверхности сферы, не могут быть параллельными, потому что все они встретились бы, если бы их продлили до центра сферы; в то время как линии, падающие перпендикулярно к плоскости или плоской поверхности, всегда параллельны, потому что при продлении они никогда не встретятся.

Эмили. И все же весы, висящие перпендикулярно к земле, кажутся параллельными?

Миссис Б. Потому что сфера так велика, и весы, следовательно, сходятся так незначительно, что их наклон не воспринимается нашими чувствами; если бы мы могли сконструировать весы, коромысло которых простиралось бы на несколько градусов, их схождение было бы очень очевидным; но поскольку это невозможно осуществить, давайте нарисуем небольшую фигуру земли, и тогда мы сможем сделать весы в любой пропорции, какой пожелаем. (рис. 1. табл. I.)

Кэролайн. Этот рисунок делает все очень ясным: значит, два тела не могут падать на землю по параллельным линиям?

Миссис Б. Никогда.

Кэролайн. Причина, по которой тяжелое тело падает быстрее легкого, полагаю, заключается в том, что земля притягивает его сильнее.

Миссис Б. Земля, правда, притягивает тяжелое тело сильнее, чем легкое; но это не заставило бы одно падать быстрее другого.

Кэролайн. И все же, поскольку именно притяжение вызывает падение тел, несомненно, чем сильнее притягивается тело, тем быстрее оно будет падать. К тому же опыт доказывает, что это так. Разве мы не видим каждый день, как тяжелые тела падают быстро, а легкие — медленно?

Эмили. Мне, как и Кэролайн, кажется, что, поскольку притяжение пропорционально количеству материи, земля должна обязательно притягивать тело, содержащее большое количество материи, сильнее и поэтому доставлять его на землю раньше, чем то, которое состоит из меньшего количества.

Миссис Б. Вы должны учесть, что если тяжелые тела притягиваются сильнее, чем легкие, то им требуется большее притяжение, чтобы заставить их упасть. Помните, что тела не имеют естественной склонности падать, так же как подниматься или двигаться вбок, и что они не упадут, если не будут приведены в движение какой-либо силой; теперь эта сила должна быть пропорциональна количеству материи, которую она должна сдвинуть: телу, состоящему, например, из 1000 частиц материи, требуется в десять раз большее притяжение, чтобы доставить его на землю за то же время, что и телу, состоящему всего из 100 частиц.

Plate i.

Кэролайн. Я этого не понимаю; ибо мне кажется, что чем тяжелее тело, тем легче и быстрее оно падает.

Эмили. Кажется, теперь я поняла; позвольте мне попробовать объяснить это Кэролайн. Предположим, что я притягиваю к себе два тяжелых тела, одно весом в 100 фунтов, другое в 1000 фунтов. Разве я не должна приложить в десять раз больше силы, чтобы притянуть большее тело к себе за то же время, что требуется для меньшего? И если земля притягивает тело весом в 1000 фунтов к себе за то же время, что и тело весом в 100 фунтов, не следует ли из этого, что она притягивает тело весом в 1000 фунтов с силой в десять раз большей, чем тело весом в 100 фунтов?

Кэролайн. Я прекрасно понимаю ваши рассуждения; но если бы это было так, тело весом в 1000 фунтов и тело весом в 100 фунтов падали бы с одинаковой быстротой; и следствием было бы то, что все тела, легкие или тяжелые, находясь на равном расстоянии от земли, падали бы на нее за одно и то же время: теперь совершенно очевидно, что этот вывод абсурден; опыт каждое мгновение опровергает его; посмотрите, как гораздо быстрее эта книга достигает пола, чем этот лист бумаги, когда я роняю их вместе.

Эмили. Это возражение, на которое я не могу ответить. Я должна переадресовать его вам, миссис Б.

Миссис Б. Надеюсь, мы не найдем его непреодолимым. Верно, что согласно законам притяжения все тела, находящиеся на равном расстоянии от земли, должны падать на нее за одно и то же время; и это действительно происходило бы, если бы не было препятствий, мешающих их падению. Но тела падают сквозь воздух, и именно сопротивление воздуха заставляет тела разной плотности падать с разной скоростью. Все они должны прокладывать себе путь сквозь воздух, но плотные тяжелые тела преодолевают это препятствие легче, чем более разреженные или легкие; потому что в том же объеме они содержат больше гравитирующих частиц.

Сопротивление, которое воздух оказывает падению тел, пропорционально их поверхности, а не их весу; воздух, будучи инертным, не может приложить большую силу для поддержки веса пушечного ядра, чем для поддержки веса ядра (того же размера), сделанного из кожи; но пушечное ядро преодолеет это сопротивление легче и, следовательно, упадет на землю быстрее, чем кожаное ядро.

Кэролайн. Это очень ясно и прекрасно решает трудность. Воздух оказывает одинаковое сопротивление куску свинца и куску пера того же размера; однако одно, кажется, не встречает никаких препятствий при падении, в то время как другое явно испытывает сопротивление и поддерживается некоторое время воздухом.

Эмили. Значит, чем больше поверхность тела, тем больше воздуха оно покрывает и тем большее сопротивление оно встречает со стороны воздуха.

Миссис Б. Безусловно: посмотрите, как падает этот лист бумаги; он некоторое время парит в воздухе, а затем плавно опускается на землю. Я сверну тот же лист бумаги в шар: теперь он представляет лишь небольшую поверхность для воздуха и поэтому встречает лишь небольшое сопротивление: посмотрите, как гораздо быстрее он падает.

Самые тяжелые тела можно заставить некоторое время парить в воздухе, если сделать так, чтобы размер их поверхности уравновешивал их вес. Вот немного золота, которое является одним из самых плотных тел, известных нам; но оно было расплющено в очень тонкий лист и представляет такую большую поверхность по отношению к своему весу, что его падение, как вы видите, замедляется сопротивлением воздуха еще больше, чем падение листа бумаги.

Кэролайн. Это очень любопытно: и я полагаю, именно по этому же принципу тонкий сланец тонет в воде медленнее, чем круглый камень.

Но, миссис Б., если воздух — это реальное тело, не подчиняется ли он также законам гравитации?

Миссис Б. Несомненно.

Кэролайн. Тогда почему он, как и все другие тела, не падает на землю?

Миссис Б. Из-за своей упругости. Воздух — это упругая жидкость; и характерное свойство упругих тел — восстанавливать свои первоначальные размеры после сжатия; и вы должны рассматривать воздух, из которого состоит атмосфера, как находящийся в состоянии сжатия, ибо его частицы, притягиваемые к земле гравитацией, сближаются сильнее, чем в противном случае, но упругость воздуха, благодаря которой он пытается сопротивляться сжатию, придает ему постоянную тенденцию к расширению, чтобы восстановить размеры, которые он имел бы естественным образом, если бы не находился под влиянием гравитации. Поэтому можно сказать, что воздух постоянно борется с силой гравитации, не будучи в состоянии преодолеть ее. Таким образом, гравитация удерживает воздух в пределах нашего земного шара, в то время как его упругость не дает ему упасть, подобно другим телам, на землю.

Эмили. Значит, воздух, полагаю, более густой, или, вернее, более плотный, вблизи поверхности земли, чем в верхних слоях атмосферы; ибо та часть воздуха, которая ближе к поверхности земли, должна притягиваться сильнее всего.

Миссис Б. Уменьшение силы гравитации на таком малом расстоянии, на которое простирается атмосфера (по сравнению с размером земли), настолько незначительно, что едва ощутимо; но давление верхних слоев атмосферы на нижние делает воздух вблизи поверхности земли гораздо более плотным, чем в верхних слоях. Давление атмосферы сравнивают с грудой шерстяных рун, в которой нижние руна сжимаются весом тех, что лежат выше; они лежат легко и свободно по мере приближения к самому верхнему руну, которое не испытывает внешнего давления и удерживается лишь силой собственной тяжести.

Эмили. Я не понимаю, как воздух может быть пружинистым или упругим, поскольку частицы, из которых он состоит, должны, согласно общему закону, притягивать друг друга; однако их упругость должна проистекать из стремления удаляться друг от друга.

Миссис Б. Вы забыли, что я говорила вам о воздействии тепла, жидкости столь тонкой, что она легко проникает во все вещества и даже в твердых телах противодействует силе сцепления? В воздухе количество тепла настолько велико, что заставляет его частицы фактически отталкивать друг друга, и именно это мы должны приписать его упругости; это, однако, не мешает земле оказывать свое притяжение на отдельные частицы, из которых он состоит.

Кэролайн. Мне только что пришло в голову, что есть некоторые тела, которые не тяготеют к земле. Дым и пар, например, поднимаются, а не падают.

Миссис Б. Именно гравитация вызывает их подъем; по крайней мере, если бы эта сила была уничтожена, эти тела не поднимались бы.

Кэролайн. Я разочаруюсь в гравитации, если она так непоследовательна в своих действиях.

Миссис Б. Нет никакой сложности в примирении этой кажущейся непоследовательности эффекта. Воздух вблизи земли тяжелее дыма, пара или других испарений; следовательно, он не только поддерживает эти легкие тела, но и заставляет их подниматься, пока они не достигнут той части атмосферы, вес которой не превышает их собственный, и тогда они остаются неподвижными. Посмотрите на этот таз с водой; почему кусок бумаги, который я бросаю в него, плавает на поверхности?

Эмили. Потому что, будучи легче воды, он поддерживается ею.

Миссис Б. А теперь, когда я наливаю больше воды в таз, почему бумага поднимается?

Эмили. Вода, будучи тяжелее бумаги, оказывается под ней и заставляет ее подняться.

Миссис Б. Подобным же образом дым и пар выталкиваются воздухом вверх; но эти тела не поднимаются, подобно бумаге, к поверхности жидкости, потому что, как мы отмечали ранее, воздух, будучи менее плотным и, следовательно, более легким по мере удаления от земли, пары поднимаются лишь до тех пор, пока не достигнут слоя воздуха своей плотности. Дым, действительно, поднимается совсем невысоко; он состоит из мельчайших частиц топлива, уносимых током нагретого воздуха от огня внизу: тепло, помните, расширяет все тела; оно, следовательно, разрежает воздух и делает его легче более холодного воздуха атмосферы; нагретый воздух от огня уносит с собой пар и мелкие частицы горючих материалов, которые горят в огне. Когда этот ток горячего воздуха охлаждается при смешивании с атмосферой, мельчайшие частицы угля или другого горючего падают; именно это создает маленькие черные хлопья, которые делают воздух и все, что с ним соприкасается, в Лондоне таким грязным.

Кэролайн. Вы должны, однако, позволить мне сделать еще одно возражение против всеобщей гравитации тел; это подъем воздушных шаров, материалы которых, несомненно, тяжелее воздуха: как же они могут поддерживаться им?

Миссис Б. Я признаю, что материалы, из которых сделаны шары, тяжелее воздуха; но воздух, которым они наполнены, — это упругая жидкость, иного характера, чем атмосферный воздух, и значительно более легкая; так что в целом шар легче воздуха, который он вытесняет, и, следовательно, будет подниматься по тому же принципу, что дым и пар. Теперь, Эмили, дайте мне послушать, сможете ли вы объяснить, как гравитация тел изменяется под воздействием воздуха?

Эмили. Воздух заставляет тела, которые легче его самого, подниматься; те, что равны по весу, будут оставаться в нем неподвижными; а те, что тяжелее, будут опускаться сквозь него: но воздух будет оказывать некоторое влияние на последние; ибо если они не намного тяжелее, они с трудом будут преодолевать сопротивление, которое встречают при прохождении сквозь него, они будут поддерживаться им, и их падение будет в большей или меньшей степени замедлено.

Миссис Б. Очень хорошо. Посмотрите, как медленно падает это легкое перо на землю, в то время как более тяжелое тело, как этот мраморный шарик, преодолевает сопротивление, которое воздух оказывает его спуску, гораздо легче, и его падение пропорционально более быстрое. Теперь я бросаю камешек в эту бадью с водой; он не достигает дна так скоро, как если бы в бадье не было воды, потому что он встречает сопротивление со стороны воды. Предположим, что мы могли бы освободить бадью не только от воды, но и от воздуха, тогда камешек падал бы еще быстрее, так как в этом случае он не встретил бы никакого сопротивления, чтобы противодействовать его гравитации.

Таким образом, вы видите, что не разные степени гравитации, а сопротивление воздуха мешает телам разного веса падать с одинаковой скоростью; если бы воздух не поддерживал перо, оно достигло бы земли так же быстро, как мраморный шарик.

Кэролайн. Я не сомневаюсь, что это так; и все же я не чувствую себя вполне удовлетворенной. Я хотела бы, чтобы было какое-нибудь место без воздуха, в котором можно было бы провести этот эксперимент.

Миссис Б. Если это доказательство удовлетворит ваши сомнения, я могу его вам предоставить. Вот машина, называемая воздушным насосом (рис. 2. табл. 1), с помощью которой воздух может быть удален из любого закрытого сосуда, помещенного над этим отверстием, через которое воздух выкачивается. Для этой цели используются стеклянные сосуды различной формы, обычно называемые колоколами. Мы сейчас откачаем воздух из этого высокого колокола, который помещен над отверстием, и мы обнаружим, что тела внутри него, независимо от их веса или размера, упадут сверху вниз за одно и то же время.

Кэролайн. О, я буду в восторге от этого эксперимента; какая любопытная машина! Как вы можете поместить два тела разного веса внутрь стекла, не впуская воздух?

Миссис Б. Гинея и перо уже помещены туда для целей эксперимента: вот, видите, приспособление, чтобы закрепить их в верхней части стекла; как только воздух будет выкачан, я поверну этот маленький винт, с помощью которого латунные пластины, поддерживающие их, будут убраны, и два тела упадут. Теперь, полагаю, я довольно хорошо откачала воздух.

Кэролайн. Позвольте мне повернуть винт. — Заявляю, они оба достигли дна в один и тот же момент! Вы видели, Эмили, перо казалось таким же тяжелым, как гинея?

Эмили. Точно; и упало так же быстро. Как это удивительно! Какое количество занимательных экспериментов можно было бы провести с этой машиной!

Миссис Б. Без сомнения, их очень много; но мы прибережем их, чтобы прояснить темы, к которым они относятся: если бы я не объяснила вам, почему гинея и перо падали с одинаковой скоростью, вы не были бы так довольны экспериментом.

Эмили. Я была бы так же удивлена, но не так заинтересована; кроме того, эксперименты помогают запечатлеть в памяти факты, которые они призваны проиллюстрировать; поэтому нам лучше сдержать свое любопытство и подождать других экспериментов в их надлежащих местах.

Кэролайн. Скажите, каким образом из этого колокола откачивается воздух?

Миссис Б. Вы должны узнать кое-что о механике, чтобы понять устройство насоса. Поэтому на нашей следующей встрече я постараюсь познакомить вас с законами движения в качестве введения в эту тему.

Вопросы

1.(Pg. 22) What are those properties of bodies called, which are not common to all?

2.(Pg. 23) Why are they so called?

3.(Pg. 23) What is the cause of weight in bodies?

4.(Pg. 23) What is the reason that all bodies near to the surface of the earth, are drawn towards it?

5.(Pg. 24) If attraction is the cause of weight, could you suppose it possible for a body to possess the former and not the latter property?

6.(Pg. 24) When a stone falls to the ground, in which of the two bodies does the power of attraction exist?

7.(Pg. 24) If the attraction be mutual, why does not the earth approach the stone, as much as the stone approaches the earth?

8.(Pg. 24) If attraction be in proportion to the mass, why does not a hill, draw towards itself, a house placed near it?

9.(Pg. 25) How can the attraction of a mountain be rendered sensible?

10.(Pg. 25) Why cannot two lines which are perpendicular to the surface of the earth be parallel to each other?

11.(Pg. 26) Draw a small figure of the earth to exemplify this, as in fig. 1. plate 1.

12.(Pg. 27) If bodies were not resisted by the air, those which are light, would fall as quickly as those which are heavy, how can you account for this?

13.(Pg. 27) What then is the reason that a book, and a sheet of paper, let fall from the same height, will not reach the ground in the same time?

14.(Pg. 28) What then will be the effect of increasing the surface of a body?

15.(Pg. 28) What could you do to a sheet of paper, to make it fall quickly, and why?

16.(Pg. 28) Inform me how a very dense body may be made to float in the air?

17.(Pg. 28) The air is a real body, why does it not fall to the ground?

18.(Pg. 29) The air is more dense near the surface of the earth, and decreases in density as you ascend, how is this accounted for, and to what is it compared?

19.(Pg. 29) What is it which causes the particles of air to recede from each other, and seems to destroy their mutual attraction?

20.(Pg. 29) Smoke and vapour ascend in the atmosphere, how can you reconcile this with gravitation?

21.(Pg. 30) How would you illustrate this by the floating of a piece of paper on water?

22.(Pg. 30) Does smoke rise to a great height in the air, and if not, what prevents its so doing?

23.(Pg. 30) What limits the height to which vapours rise?

24.(Pg. 30) Of what does smoke consist?

25.(Pg. 30) Air balloons are formed of heavy materials, how will you account for their rising in the air?

26.(Pg. 30) What influence does the air exert, on bodies less dense than itself, on those of equal, and on those of greater density?

27.(Pg. 31) If the air could be entirely removed, what influence would this have upon the falling of heavy and light bodies?

28.(Pg. 31) How could this be exemplified by means of the air pump?

БЕСЕДА III. О ЗАКОНАХ ДВИЖЕНИЯ.

OF MOTION. OF THE INERTIA OF BODIES. OF FORCE TO PRODUCE MOTION. DIRECTION OF MOTION. VELOCITY, ABSOLUTE AND RELATIVE. UNIFORM MOTION. RETARDED MOTION. ACCELERATED MOTION. VELOCITY OF FALLING BODIES. MOMENTUM. ACTION AND REACTION EQUAL. ELASTICITY OF BODIES. POROSITY OF BODIES. REFLECTED MOTION. ANGLES OF INCIDENCE AND REFLECTION.

МИССИС Б.

Наука механика основана на законах движения; поэтому будет необходимо познакомить вас с этими законами, прежде чем мы перейдем к изучению механических сил. Скажите мне, Кэролайн, что вы понимаете под словом движение?

Кэролайн. Думаю, я понимаю его совершенно, хотя мне трудно его описать. Движение — это акт перемещения, перехода из одного места в другое, это противоположность пребыванию в покое.

Миссис Б. Очень хорошо. Движение, таким образом, состоит в изменении места; тело находится в движении всякий раз, когда оно меняет свое положение относительно фиксированной точки.

Теперь, поскольку мы заметили, что одним из общих свойств тел является инерция, то есть полная пассивность как в отношении движения, так и покоя, из этого следует, что тело не может двигаться, не будучи приведенным в движение; сила, которая приводит тело в движение, называется силой; так, удар молотка — это сила, которая забивает гвоздь; тяга лошади — та, что везет экипаж, и т. д. Сила, таким образом, есть причина, производящая движение.

Эмили. И можем ли мы сказать, что гравитация — это сила, вызывающая падение тел?

Миссис Б. Несомненно. Я привела вам самые привычные примеры, чтобы сделать объяснение ясным; но поскольку вы ищете более научные примеры, вы можете сказать, что сцепление — это сила, которая связывает частицы тел вместе, а тепло — та, что разрывает их.

Движение тела, на которое действует единственная сила, всегда происходит по прямой линии и в том направлении, в котором оно получило импульс.

Кэролайн. Это очень естественно; ибо, поскольку тело инертно и может двигаться только потому, что оно приведено в движение, оно будет двигаться только в том направлении, в котором оно приведено в движение. Степень быстроты, с которой оно движется, должна, полагаю, также зависеть от степени силы, с которой оно приведено в движение.

Миссис Б. Да; скорость, с которой движется тело, или краткость времени, которое оно затрачивает на перемещение из одного места в другое, называется его скоростью; и это один из законов движения, что скорость движущегося тела пропорциональна силе, которой оно приведено в движение. Мы должны различать абсолютную и относительную скорость.

Скорость тела называется абсолютной, если мы рассматриваем движение тела в пространстве без какой-либо связи с движением других тел. Когда, например, лошадь проходит пятьдесят миль за десять часов, ее скорость составляет пять миль в час.

Скорость тела называется относительной, когда она сравнивается со скоростью другого тела, которое само находится в движении. Например, если один человек идет со скоростью одна миля в час, а другой — со скоростью две мили в час, относительная скорость последнего вдвое больше скорости первого; но абсолютная скорость одного составляет одну милю, а другого — две мили в час.

Эмили. Позвольте мне посмотреть, понимаю ли я это — Относительная скорость тела — это степень быстроты его движения по сравнению с движением другого тела; так, если один корабль проплывает в три раза большее расстояние, чем другой корабль за то же время, скорость первого равна трем скоростям последнего.

Миссис Б. Общее правило можно выразить так: скорость тела измеряется расстоянием, которое оно проходит, деленным на время, которое оно затрачивает на это движение: так, если вы проезжаете сто миль за двадцать часов, какова ваша скорость в каждый час?

Эмили. Я должна разделить расстояние, которое составляет сто миль, на время, которое составляет двадцать часов, и ответом будет пять миль в час. Тогда, миссис Б., можем ли мы обратить это правило и сказать, что время равно расстоянию, деленному на скорость; поскольку расстояние, сто миль, деленное на скорость, пять миль в час, дает двадцать часов для времени?

Миссис Б. Конечно; и мы можем также сказать, что расстояние равно скорости, умноженной на время. Можете ли вы сказать мне, Кэролайн, сколько миль вы проедете, если ваша скорость составляет три мили в час, а вы едете шесть часов?

Кэролайн. Восемнадцать миль; ибо произведение 3, умноженное на 6, равно 18.

Миссис Б. Полагаю, вы понимаете, что подразумевается под терминами равномерное, ускоренное и замедленное движение.

Эмили. Я представляю равномерное движение как движение тела, чье движение регулярно и происходит с одинаковой скоростью на всем протяжении; например, лошадь, которая проходит равное количество миль каждый час. Но стрелка часов — гораздо лучший пример, так как ее движение настолько регулярно, что указывает время.

Миссис Б. У вас правильное представление о равномерном движении; но точнее было бы выразиться так: движение тела является равномерным, когда оно проходит равные расстояния за равные промежутки времени. Равномерное движение создается силой, которая подействовала на тело один раз и перестала действовать; как, например, удар биты по мячу.

Кэролайн. Но движение мяча не является равномерным; его скорость постепенно уменьшается, пока он не упадет на землю.

Миссис Б. Вспомните, что мяч инертен и не имеет больше силы остановиться, чем привести себя в движение; если он падает, значит, он должен быть остановлен какой-то силой, превосходящей ту, которой он был запущен, и которая уничтожает его движение.

Кэролайн. И это, несомненно, сила гравитации, которая противодействует и уничтожает силу проекции; но если бы не было такой силы, как гравитация, мяч никогда бы не остановился?

Миссис Б. Если бы ни гравитация, ни какая-либо другая сила, такая как сопротивление воздуха, не противодействовали его движению, мяч или даже камень, брошенный рукой, продолжали бы двигаться по прямой линии и с равномерной скоростью вечно.

Кэролайн. Вы поражаете меня! Я думала, что невозможно создать вечное движение?

Миссис Б. Вечное движение не может быть создано искусством, потому что гравитация в конечном итоге уничтожает всякое движение, которое может создать человеческая сила.

Эмили. Но независимо от силы гравитации, я не могу представить, чтобы то небольшое движение, которое я способна придать камню, привело бы его в движение вечно.

Миссис Б. Количество движения, которое вы сообщаете камню, не повлияло бы на его продолжительность; если бы вы бросили его с небольшой силой, он двигался бы медленно, ибо его скорость, вы должны помнить, будет пропорциональна силе, с которой он запущен; но если нет ничего, что препятствовало бы его прохождению, он будет продолжать двигаться с той же скоростью и в том же направлении, что и при первом запуске.

Кэролайн. Это кажется мне совершенно непостижимым; мы не встречаем ни одного примера этого в природе.

Миссис Б. Прошу прощения. Когда вы начнете изучать движение небесных тел, вы обнаружите, что природа изобилует примерами вечного движения; и что оно способствует гармонии системы вселенной так же, как преобладание его на поверхности земли способствовало бы разрушению всех наших удобств. Мудрость Провидения поэтому установила непреодолимые препятствия для вечного движения здесь, внизу; и хотя эти препятствия часто заставляют нас бороться с большими трудностями, они кажутся необходимыми для того порядка, регулярности и покоя, которые столь существенны для сохранения всех различных существ, из которых состоит этот мир.

Теперь можете ли вы сказать мне, что такое замедленное движение?

Кэролайн. Замедленное движение — это движение тела, которое движется с каждым мгновением все медленнее и медленнее: так, когда я устаю от быстрой ходьбы, я замедляю шаг; или когда камень бросают вверх, его скорость постепенно уменьшается под действием силы гравитации.

Миссис Б. Замедленное движение создается какой-либо силой, действующей на тело в направлении, противоположном тому, которое первым привело его в движение: вы, будучи одушевленным существом, наделенным силой и волей, можете замедлить шаг или остановиться, чтобы отдохнуть, когда устали; но инертная материя неспособна к какому-либо чувству усталости, никогда не может замедлить шаг и никогда не остановится, если не будет замедлена или остановлена в своем движении какой-либо противодействующей силой; и поскольку именно законы инертных тел рассматривает механическая философия, я предпочитаю ваш пример с камнем, замедляющимся при подъеме. Теперь Эмили, ваша очередь; что такое ускоренное движение?

Эмили. Ускоренное движение, полагаю, происходит, когда скорость тела увеличивается; если бы вы не возражали против того, чтобы мы приводили в пример таких активных существ, как мы сами, я бы сказала, что мое движение ускоряется, если я меняю шаг с ходьбы на бег. Я не могу придумать ни одного примера ускоренного движения в неодушевленных телах; все движение инертной материи, кажется, замедляется гравитацией.

Миссис Б. Не во всех случаях; ибо сила гравитации иногда создает ускоренное движение; например, камень, падающий с высоты, движется с регулярно ускоренным движением.

Эмили. Верно; потому что чем ближе он приближается к земле, тем сильнее он притягивается ею.

Миссис Б. Вы ошиблись в причине его ускоренного движения; ибо хотя это правда, что сила гравитации увеличивается по мере приближения тела к земле, разница на любом малом расстоянии от ее поверхности настолько ничтожна, что не ощутима.

Ускоренное движение создается, когда сила, которая привела тело в движение, продолжает действовать на него во время его движения, так что его скорость постоянно увеличивается. Когда камень падает с высоты, импульс, который он получает от гравитации в первый момент своего падения, был бы достаточен, чтобы доставить его на землю с равномерной скоростью: ибо, как мы заметили, тело, на которое однажды подействовала сила, будет продолжать двигаться с равномерной скоростью; но на камень действует гравитация не только в первый момент его падения; эта сила продолжает толкать его в течение всего времени его спуска, и именно этот непрерывный импульс ускоряет его движение.

Эмили. Я не совсем это понимаю.

Миссис Б. Давайте предположим, что в тот момент, когда вы уронили камень с высокой башни, сила гравитации была бы уничтожена; тело тем не менее продолжало бы двигаться вниз, ибо оно получило бы первый импульс от гравитации; и тело, однажды приведенное в движение, не остановится, если не встретит какого-либо препятствия, мешающего его движению; в этом случае его скорость была бы равномерной, ибо хотя не было бы препятствия, мешающего его спуску, не было бы и силы, ускоряющей его.

Эмили. Это очень ясно.

Миссис Б. Тогда вам остается только добавить силу гравитации, постоянно действующую на камень во время его спуска, и будет несложно понять, что его движение станет ускоренным, поскольку гравитация, которая действует на камень в самый первый момент его спуска, будет продолжать действовать каждое мгновение, пока он не достигнет земли. Давайте предположим, что импульс, данный гравитацией камню в течение первого мгновения его спуска, равен единице; в следующее мгновение мы обнаружим, что дополнительный импульс придает камню дополнительную скорость, равную единице; так что накопленная скорость теперь равна двум; в следующее мгновение другой импульс увеличивает скорость до трех, и так далее, пока камень не достигнет земли.

Кэролайн. Теперь я понимаю; эффекты предыдущих импульсов сохраняются, в то время как гравитация постоянно добавляет новые, и таким образом скорость постоянно увеличивается.

Миссис Б. Да; было установлено как экспериментами, так и расчетами, в которые нам было бы слишком сложно вдаваться, что тяжелые тела вблизи поверхности земли, спускающиеся с высоты под действием силы гравитации, падают на шестнадцать футов в первую секунду времени, в три раза большее расстояние в следующую, в пять раз в третью секунду, в семь раз в четвертую и так далее, регулярно увеличивая свои скорости в пропорции нечетных чисел 1, 3, 5, 7, 9 и т. д. в зависимости от количества секунд, в течение которых тело падало.

Эмили. Если вы бросаете камень перпендикулярно вверх, не занимает ли он столько же времени при подъеме, сколько при спуске?

Миссис Б. Точно; при подъеме скорость уменьшается под действием силы гравитации; при спуске она ускоряется ею.

Кэролайн. Тогда я бы предположила, что он упадет быстрее, чем поднялся?

Миссис Б. Вы должны помнить, что сила, с которой он запущен, должна быть принята во внимание; и что эта сила преодолевается и уничтожается гравитацией, прежде чем тело начинает падать.

Кэролайн. Но сила проекции, приданная камню при броске вверх, не всегда может быть равна силе гравитации при его возвращении вниз; ибо сила гравитации всегда одна и та же, в то время как степень импульса, данного камню, произвольна; я могу бросить его нежно или с силой.

Миссис Б. Если вы бросите его нежно, он не поднимется высоко; возможно, только на шестнадцать футов, и в этом случае он упадет за одну секунду времени. Теперь экспериментально доказано, что импульс, необходимый для того, чтобы подбросить тело на шестнадцать футов вверх, заставит его подняться на эту высоту за одну секунду; здесь, следовательно, время подъема и спуска равны. Но если требуется бросить камень на вдвое большую высоту, сила должна быть пропорционально больше.

Вы видите, таким образом, что импульс проекции при броске тела вверх всегда равен действию силы гравитации во время его спуска; и что независимо от того, поднимается ли тело на большее или меньшее расстояние, эти две силы уравновешивают друг друга.

Теперь я должна объяснить вам, что подразумевается под количеством движения тел. Это сила или мощь, с которой тело в движении ударяется о другое тело. Количество движения тела есть произведение его количества материи, умноженное на его количество движения; другими словами, его вес, умноженный на его скорость.

Кэролайн. Чем быстрее движется тело, тем больше, несомненно, должна быть сила, с которой оно ударится о другое тело.

Эмили. Поэтому легкое тело может иметь большее количество движения, чем более тяжелое, при условии, что его скорость достаточно увеличена; например, количество движения стрелы, выпущенной из лука, должно быть больше, чем у камня, брошенного рукой.

Кэролайн. Мы также знаем из опыта, что чем тяжелее тело, тем больше его сила; поэтому нетрудно понять, что вся мощь или количество движения тела должны состоять из этих двух свойств: его веса и его скорости: но я не понимаю, почему они должны быть умножены одно на другое; я бы предположила, что количество материи должно быть прибавлено к количеству движения?

Миссис Б. Экспериментально установлено, что если вес тела представлен числом 3, а его скорость также 3, его количество движения будет представлено 9, а не 6, как было бы в случае, если бы эти цифры складывались, вместо того чтобы перемножаться.

Эмили. Думаю, теперь я понимаю причину этого; если количество материи увеличено в три раза, требуется в три раза больше силы, чтобы переместить его с той же скоростью; а затем, если мы хотим придать ему в три раза большую скорость, снова потребуется в три раза больше силы, чтобы произвести этот эффект, что составляет трижды три, или девять; это число, следовательно, и будет представлять количество движения.

Кэролайн. Я не совсем уверена, что полностью понимаю, что имеется в виду, когда вес и скорость представлены только числами; я так привыкла измерять пространство ярдами и милями, а вес — фунтами и унциями, что мне все еще хочется связывать их вместе в своем уме.

Миссис Б. Эта трудность будет очень недолгой: вам нужно лишь быть внимательной, чтобы, когда вы представляете веса и скорости числами, наименования или значения весов и пространств не менялись. Так, если мы оцениваем вес одного тела в унциях, вес других, с которыми оно сравнивается, должен оцениваться в унциях, а не в фунтах; и точно так же при сравнении скоростей мы должны повсюду сохранять одни и те же стандарты как пространства, так и времени; как, например, количество футов в одной секунде или миль в одном часе.

Кэролайн. Теперь я понимаю это совершенно и думаю, что никогда не забуду то, что вы сделали таким ясным.

Миссис Б. Я рекомендую вам быть очень внимательной, чтобы запомнить определение количества движения тел, так как это один из самых важных моментов в механике: вы обнаружите, что именно благодаря противопоставлению скорости количеству материи машины получают свои силы.

Реакция тел — это следующий закон движения, который я должна вам объяснить. Когда тело в движении ударяется о другое тело, оно встречает сопротивление с его стороны; сопротивление тела в покое будет равно удару, нанесенному телом в движении; или, выражаясь философским языком, действие и реакция будут равны и направлены в противоположные стороны.

Кэролайн. Вы хотите сказать, что действие тела, которое наносит удар, возвращается с равной силой телом, которое принимает удар?

Миссис Б. Точно.

Кэролайн. Но если человек ударит другого по лицу кулаком, он, конечно, не испытывает такой боли от реакции, какую причиняет ударом?

Миссис Б. Нет; но это просто объясняется тем, что костяшки пальцев имеют гораздо меньше чувствительности, чем лицо.

Вот два шарика из слоновой кости, подвешенные на нитях (табл. 1. рис. 3), отведите один из них, А, немного в сторону, — теперь отпустите его; — он ударяется, видите, о другой шарик, В, и отталкивает его на расстояние, равное тому, на которое упал первый шарик; но движение А прекращается; потому что, когда он ударил В, он получил в ответ удар, равный тому, который нанес, и его движение, следовательно, было уничтожено.

Эмили. Я бы предположила, что движение шарика А было уничтожено, потому что он передал все свое движение В.

Миссис Б. Совершенно верно, что когда одно тело ударяется о другое, количество движения, переданное второму телу, теряется первым; но эта потеря происходит из-за реакции тела, по которому нанесен удар.

Вот шесть шариков из слоновой кости, висящих в ряд (рис. 4), отведите первый из них от перпендикуляра и позвольте ему упасть на второй. Вы видите, ни один из шариков, кроме последнего, не кажется движущимся, он отлетает так же далеко, как упал первый шарик; можете ли вы объяснить это?

Кэролайн. Думаю, да. Когда первый шарик ударил второй, он получил удар в ответ, который уничтожил его движение; второй шарик, хотя он и не казался движущимся, должен был удариться о третий; реакция которого привела его в состояние покоя; действие третьего шарика должно было быть уничтожено реакцией четвертого, и так далее, пока движение не было передано последнему шарику, который, не испытывая реакции, отлетает.

Миссис Б. Очень хорошо объяснено. Заметьте, что только когда тела упругие, как эти шарики из слоновой кости, и когда их массы равны, возвращенный удар равен нанесенному удару, и ударяющее тело теряет все свое движение. Я покажу вам разницу на этих двух шариках из глины (рис. 5), которые не являются упругими; когда вы поднимаете один из них, D, из перпендикуляра и позволяете ему упасть на другой, E, реакция последнего, из-за того, что он не является упругим, недостаточна, чтобы уничтожить движение первого; только часть движения D будет передана E, и два шарика будут двигаться вместе до d и e, что не так далеко, как расстояние, на которое упал D.

Посмотрите, как полезна реакция в природе. Птицы при полете ударяют крыльями по воздуху, и именно реакция воздуха позволяет им подниматься или продвигаться вперед; реакция всегда направлена в сторону, противоположную действию.

Кэролайн. Я думала, что птицы могут быть легче воздуха, когда их крылья расправлены, и благодаря этому способны летать.

Миссис Б. Когда их крылья расправлены, это не меняет их веса, но они лучше поддерживаются воздухом, так как покрывают большую поверхность; однако они все еще слишком тяжелы, чтобы оставаться в таком положении, не взмахивая постоянно крыльями, как вы могли заметить, когда птицы зависают над своими гнездами: сила, с которой их крылья ударяют по воздуху, должна быть равна весу их тел, чтобы реакция воздуха могла поддержать этот вес; птица тогда останется неподвижной. Если удар крыльев сильнее, чем требуется просто для поддержки птицы, реакция воздуха заставит ее подняться; если он слабее, она плавно опустится; и вы могли наблюдать жаворонка, иногда остающегося с расправленными, но неподвижными крыльями; в этом состоянии он тихо опускается в свое гнездо.

Кэролайн. Это действительно прекрасный эффект закона реакции! Но если полет — это просто механическая операция, миссис Б., почему бы нам не сконструировать крылья, адаптированные к размеру наших тел, прикрепить их к плечам, двигать ими с помощью рук и взмыть в воздух?

Миссис Б. Такой эксперимент неоднократно предпринимался, но никогда не имел успеха; и сейчас он считается совершенно невыполнимым. Мышечная сила птиц несравненно больше по отношению к их весу, чем сила человека; если бы мы были снабжены крыльями, достаточно большими, чтобы позволить нам летать, у нас не хватило бы сил привести их в движение.

При плавании на воду оказывается действие, подобное действию на воздух при полете; при гребле также вы ударяете веслами по воде в направлении, противоположном тому, в котором должна двигаться лодка, и именно реакция воды на весла движет лодку вперед.

Эмили. Вы сказали, что только в упругих телах все движение одного тела передается другому; скажите, какие тела являются упругими, кроме воздуха?

Миссис Б. Говоря о воздухе, я думаю, мы определили упругость как свойство, с помощью которого тела, подвергшиеся сжатию, возвращаются в свое прежнее состояние. Если я согну эту трость, как только я оставлю ее в покое, она восстановит свое прежнее положение; если я нажму пальцем на вашу руку, как только я уберу его, кожа в силу своей упругости поднимется и уничтожит отпечаток, который я сделала. Из всех тел воздух наиболее примечателен этим свойством, и поэтому он получил название упругой жидкости. Твердые тела в следующей степени упруги; если два шарика из слоновой кости или закаленной стали ударить друг о друга, части, в которых они соприкасаются, будут сплющены; но их упругость заставит их мгновенно восстановить свою прежнюю форму.

Кэролайн. Но когда два шара из слоновой кости ударяются друг о друга, как это постоянно происходит на бильярдном столе, от удара не остается ни следа, ни вмятины.

Миссис Б. Прошу прощения; вы, правда, не можете заметить никакого следа, потому что их упругость мгновенно уничтожает его.

Мягкие тела, которые легко сохраняют отпечатки, такие как глина, воск, сало, масло и т. д., обладают очень слабой упругостью; но из всех видов тел наименее упругими являются жидкости.

Эмили. Если бы сургуч был упругим, то вместо того, чтобы сохранять оттиск печати, он восстанавливал бы гладкую поверхность, как только вес печати был бы убран. Но скажите, пожалуйста, что именно порождает упругость тел?

Миссис Б. По этому вопросу существует большое разнообразие мнений, и я не могу претендовать на то, чтобы решить, какое из них ближе всего к истине. Упругость подразумевает восприимчивость к сжатию, а восприимчивость к сжатию зависит от пористости тел; ибо если бы между частицами материи, из которых состоит тело, не было пор или промежутков, его нельзя было бы сжать.

Кэролайн. То есть, если бы частицы тел находились как можно ближе друг к другу, их нельзя было бы сжать еще сильнее.

Эмили. Значит, тела, частицы которых наиболее удалены друг от друга, должны быть наиболее восприимчивы к сжатию и, следовательно, наиболее упругими; и вы говорите, что это относится к воздуху, который, пожалуй, является наименее плотным из всех тел?

Миссис Б. Вы обнаружите, что это правило верно не всегда; ибо жидкости почти не обладают упругостью, тогда как твердые тела отличаются этим свойством, хотя последние, безусловно, обладают гораздо большей плотностью, чем первые; таким образом, упругость подразумевает не только восприимчивость к сжатию, но и зависит от способности тела восстанавливать свое прежнее состояние после сжатия вследствие особого расположения его частиц.

Кэролайн. Но ведь в слоновой кости и металлах не может быть пор, миссис Б.; как же тогда они могут быть восприимчивы к сжатию?

Миссис Б. Поры таких тел невидимы невооруженным глазом, но вы не должны делать из этого вывод, что их нет; напротив, хорошо установлено, что золото, одно из самых плотных тел, чрезвычайно пористо; и что эти поры достаточно велики, чтобы пропускать воду при сильном сжатии. Это было продемонстрировано знаменитым экспериментом, проведенным много лет назад во Флоренции.

Эмили. Если вода может проходить сквозь золото, то, безусловно, должны существовать поры или промежутки, которые дают ей проход; и если золото настолько пористо, то что же тогда представляют собой другие тела, которые гораздо менее плотны, чем золото!

Миссис Б. Главное различие в этом отношении, я полагаю, заключается в том, что поры в одних телах больше, чем в других; в пробке, губке и хлебе они образуют значительные полости; в дереве и камне, если они не отполированы, они обычно заметны невооруженным глазом; тогда как в слоновой кости, металлах и всех лакированных и полированных телах их невозможно разглядеть. Чтобы дать вам представление о чрезвычайной пористости тел, сэр Исаак Ньютон предположил, что если бы Землю сжать так, чтобы в ней совсем не осталось пор, ее размеры, возможно, не превышали бы одного кубического дюйма.

Кэролайн. Какая мысль! Если бы мы не были обязаны сэру Исааку Ньютону теорией гравитации, я была бы готова посмеяться над ним за такое предположение. Какими ничтожными маленькими существами мы бы были!

Миссис Б. Если бы наше значение определялось размерами наших тел, мы действительно были бы пигмеями, но помните, что разум Ньютона не был ограничен размерами его оболочки.

Эмили. Однако хорошо, что теплота поддерживает поры материи открытыми и растянутыми и не дает силе сцепления сжать нас в ореховую скорлупу.

Миссис Б. Давайте теперь вернемся к теме противодействия, по поводу которой нам нужно сделать еще несколько замечаний. Именно потому, что противодействие по своему направлению противоположно действию, возникает отраженное движение. Если вы бросите мяч в стену, он отскочит; этот возврат мяча обусловлен противодействием стены, о которую он ударился, и называется отраженным движением.

Эмили. И теперь я понимаю, почему мячи, наполненные воздухом, отскакивают лучше, чем набитые отрубями или шерстью; поскольку воздух наиболее восприимчив к сжатию и наиболее упруг, противодействие оказывается более полным.

Кэролайн. Я заметила, что когда я бросаю мяч прямо в стену, он возвращается прямо мне в руку; но если я бросаю его по косой линии вверх, он отскакивает еще выше, и я ловлю его, когда он падает.

Миссис Б. Вам следует говорить не «прямо», а «перпендикулярно» к стене; ибо «прямо» — это общий термин для линий во всех направлениях, которые не являются ни изогнутыми, ни согнутыми, и поэтому в равной степени применим к косым или перпендикулярным линиям.

Кэролайн. Я думала, что «перпендикулярно» означает либо прямо вверх, либо вниз?

Миссис Б. В этих направлениях линии перпендикулярны Земле. Перпендикулярная линия всегда имеет отношение к чему-то, по отношению к чему она является перпендикулярной; то есть она не наклоняется ни в одну, ни в другую сторону, а образует равные углы с каждой стороны. Вы понимаете, что такое угол?

Кэролайн. Да, кажется: это пространство, заключенное между двумя линиями, сходящимися в одной точке.

Миссис Б. Что ж, пусть линия A B (таблица 2, рис. 1) представляет пол комнаты, а линия C D — ту, по которой вы бросаете мяч в него; линия C D, как вы заметите, образует два угла с линией A B, и эти два угла равны.

Эмили. Как могут углы быть равными, если линии, которые их образуют, имеют разную длину?

Миссис Б. Угол измеряется не длиной линий, а их раскрытием или пространством между ними.

Эмили. И все же, чем длиннее линии, тем больше раскрытие между ними.

Миссис Б. Возьмите циркуль и проведите окружность через эти пространства, сделав вершину угла центром.

Эмили. На какое расстояние я должна раздвинуть ножки циркуля?

Миссис Б. Вы можете начертить окружность любого размера, при условии, что она пересекает линии углов, которые мы должны измерить. Все окружности, независимо от их размеров, принято делить на 360 равных частей, называемых градусами; раскрытие угла, являясь, таким образом, частью окружности, должно содержать определенное количество градусов: чем больше угол, тем больше количество градусов, и два угла считаются равными, когда они содержат равное количество градусов.

Эмили. Теперь я понимаю. Поскольку величина угла зависит от количества градусов, заключенных между его линиями, именно раскрытие, а не длина его линий, определяет размер угла.

Миссис Б. Очень хорошо: теперь, когда у вас есть ясное представление о величине углов, можете ли вы сказать мне, сколько градусов содержится в двух углах, образованных одной линией, падающей перпендикулярно на другую, как на рисунке, который я только что начертила?

Эмили. Вы должны позволить мне поставить одну ножку циркуля в вершину углов и провести вокруг них окружность, и тогда, я думаю, я смогу ответить на ваш вопрос: два угла вместе как раз равны половине окружности, поэтому они содержат по 90 градусов каждый; 90 градусов — это четверть от 360.

Миссис Б. Угол в 90 градусов, или одна четвертая часть окружности, называется прямым углом, и когда одна линия перпендикулярна другой и находится на расстоянии от ее концов, она образует, как вы видите (рис. 1), прямой угол с обеих сторон. Углы, содержащие более 90 градусов, называются тупыми углами (рис. 2), а те, которые содержат менее 90 градусов, называются острыми углами (рис. 3).

Кэролайн. Углы этого квадратного стола — прямые, а углы восьмиугольного стола — тупые; а углы острых инструментов — острые.

Plate ii.

Миссис Б. Очень хорошо. Вернемся теперь к вашему наблюдению о том, что если мяч брошен под углом к стене, он не отскочит в том же направлении; скажите, вы когда-нибудь играли в бильярд?

Кэролайн. Да, часто; и я заметила, что когда я толкаю мяч перпендикулярно к борту, он возвращается в том же направлении; но когда я посылаю его под углом к борту, он отскакивает под углом, но в противоположную сторону; мяч в этом последнем случае описывает угол, вершина которого находится у борта. Я также заметила, что чем под большим углом мяч ударяется о борт, тем под большим углом он отскакивает в противоположную сторону, так что игрок в бильярд может с большой точностью рассчитать, в каком направлении он вернется.

Миссис Б. Очень хорошо. Этот рисунок (рис. 4, таблица 2) представляет бильярдный стол; теперь, если вы проведете линию A B из точки, где мяч A ударяется перпендикулярно о борт, вы обнаружите, что она разделит угол, который описывает мяч, на две части, или два угла; один покажет наклон направления мяча при его движении к борту, другой — его наклон при движении обратно от борта. Первый называется углом падения, другой — углом отражения; и эти углы всегда равны, если тела идеально упруги.

Кэролайн. Это, значит, причина, по которой, когда я бросаю мяч под углом к стене, он отскакивает в противоположном косом направлении, образуя равные углы падения и отражения.

Миссис Б. Конечно; и вы обнаружите, что чем под большим углом вы бросаете мяч, тем под большим углом он будет отскакивать.

Нам пора заканчивать; но на нашей следующей встрече у меня будет еще несколько замечаний по поводу законов движения.

Вопросы

1.(Pg. 32) On what is the science of mechanics founded?

2.(Pg. 32) In what does motion consist?

3.(Pg. 33) What is the consequence of inertia, on a body at rest?

4.(Pg. 33) What do we call that which produces motion?

5.(Pg. 33) Give some examples.

6.(Pg. 33) What may we say of gravity, of cohesion, and of heat, as forces?

7.(Pg. 33) How will a body move, if acted on by a single force?

8.(Pg. 33) What is the reason of this?

9.(Pg. 33) What do we intend by the term velocity, and to what is it proportional?

10.(Pg. 33) Velocity is divided into absolute and relative; what is meant by absolute velocity?

11.(Pg. 33) How is relative velocity distinguished?

12.(Pg. 34) How do we measure the velocity of a body?

13.(Pg. 34) The time?

14.(Pg. 34) The space?

15.(Pg. 34) What is uniform motion? and give an example.

16.(Pg. 34) How is uniform motion produced?

17.(Pg. 34) A ball struck by a bat gradually loses its motion; what causes produce this effect?

18.(Pg. 35) If gravity did not draw a projected body towards the earth, and the resistance of the air were removed, what would be the consequence?

19.(Pg. 35) In this case would not a great degree of force be required to produce a continued motion?

20.(Pg. 35) What is retarded motion?

21.(Pg. 35) Give some examples.

22.(Pg. 36) What is accelerated motion?

23.(Pg. 36) Give an example.

24.(Pg. 36) Explain the mode in which gravity operates in producing this effect.

25.(Pg. 37) What number of feet will a heavy body descend in the first second of its fall, and at what rate will its velocity increase?

26.(Pg. 37) What is the difference in the time of the ascent and descent, of a stone, or other body thrown upwards?

27.(Pg. 37) By what reasoning is it proved that there is no difference?

28.(Pg. 38) What is meant by the momentum of a body?

29.(Pg. 38) How do we ascertain the momentum?

30.(Pg. 38) How may a light body have a greater momentum than one which is heavier?

31.(Pg. 38) Why must we multiply the weight and velocity together in order to find the momentum?

32.(Pg. 39) When we represent weight and velocity by numbers, what must we carefully observe?

33.(Pg. 39) Why is it particularly important, to understand the nature of momentum?

34.(Pg. 39) What is meant by reaction, and what is the rule respecting it?

35.(Pg. 39) How is this exemplified by the ivory balls represented in plate 1. fig. 3?

36.(Pg. 40) Explain the manner in which the six balls represented in fig. 4, illustrate this fact.

37.(Pg. 40) What must be the nature of bodies, in which the whole motion is communicated from one to the other?

38.(Pg. 40) What is the result if the balls are not elastic, and how is this explained by fig. 5?

39.(Pg. 40) How will reaction assist us in explaining the flight of a bird?

40.(Pg. 40) How must their wings operate in enabling them to remain stationary, to rise, and to descend?

41.(Pg. 41) Why cannot a man fly by the aid of wings?

42.(Pg. 41) How does reaction operate in enabling us to swim, or to row a boat?

43.(Pg. 41) What constitutes elasticity?

44.(Pg. 41) Give some examples.

45.(Pg. 41) What name is given to air, and for what reason?

46.(Pg. 41) What hard bodies are mentioned as elastic?

47.(Pg. 41) Do elastic bodies exhibit any indentation after a blow? and why not?

48.(Pg. 42) What do we conclude from elasticity respecting the contact of the particles of a body?

49.(Pg. 42) Are those bodies always the most elastic, which are the least dense?

50.(Pg. 42) Give examples to prove that this is not the case.

51.(Pg. 42) All bodies are believed to be porous, what is said on this subject respecting gold?

52.(Pg. 43) What conjecture was made by sir Isaac Newton, respecting the porosity of bodies in general?

53.(Pg. 43) If you throw an elastic body against a wall, it will rebound; what is this occasioned by, and what is this return motion called?

54.(Pg. 43) What do we mean by a perpendicular line?

55.(Pg. 43) What is an angle?

56.(Pg. 43) What is represented by fig. 1. plate 2?

57.(Pg. 44) Have the length of the lines which meet in a point, any thing to do with the measurement of an angle?

58.(Pg. 44) What use can we make of compasses in measuring an angle?

59.(Pg. 44) Into what number of parts do we suppose a whole circle divided, and what are these parts called?

60.(Pg. 44) When are two angles said to be equal?

61.(Pg. 44) Upon what does the dimension of an angle depend?

62.(Pg. 44) What number of degrees, and what portion of a circle is there in a right angle?

63.(Pg. 44) How must one line be situated on another to form two right angles? (fig. 1.)

64.(Pg. 44) Figure 2 represents an angle of more than 90 degrees, what is that called?

65.(Pg. 44) What are those of less than 90 degrees called as in fig. 3?

66.(Pg. 45) If you make an elastic ball strike a body at right angles, how will it return?

67.(Pg. 45) How if it strikes obliquely?

68.(Pg. 45) Explain by fig. 4 what is meant by the angles of incidence and of reflection.

БЕСЕДА IV. О СЛОЖНОМ ДВИЖЕНИИ.

COMPOUND MOTION, THE RESULT OF TWO OPPOSITE FORCES. OF CURVILINEAR MOTION, THE RESULT OF TWO FORCES. CENTRE OF MOTION, THE POINT AT REST WHILE THE OTHER PARTS OF THE BODY MOVE ROUND IT. CENTRE OF MAGNITUDE, THE MIDDLE OF A BODY. CENTRIPETAL FORCE, THAT WHICH IMPELS A BODY TOWARDS A FIXED CENTRAL POINT. CENTRIFUGAL FORCE, THAT WHICH IMPELS A BODY TO FLY FROM THE CENTRE. FALL OF BODIES IN A PARABOLA. CENTRE OF GRAVITY, THE POINT ABOUT WHICH THE PARTS BALANCE EACH OTHER.

МИССИС Б.

Теперь я должна объяснить вам природу сложного движения. Давайте предположим, что по телу наносятся два равных удара в противоположных направлениях, как оно будет двигаться?

Эмили. Если силы равны, а их направления прямо противоположны друг другу, я полагаю, тело вообще не сдвинется с места.

Миссис Б. Вы совершенно правы; но предположим, что силы, вместо того чтобы действовать на тело в прямо противоположных направлениях, движутся по линиям, образующим угол в девяносто градусов, как линии Y A, X A (рис. 5, таблица 2), и ударяют мяч A в один и тот же момент; разве он не сдвинется?

Эмили. Сила X одна послала бы его к B, а сила Y — к C; и поскольку эти силы равны, я не знаю, как тело может подчиниться одному импульсу, а не другому; и все же я думаю, что мяч сдвинется, потому что, поскольку две силы не действуют в прямо противоположных направлениях, они не могут полностью уничтожить действие друг друга.

Миссис Б. Совершенно верно; поэтому мяч не последует направлению ни одной из сил, а будет двигаться по линии между ними и достигнет D за то же время, за которое сила X отправила бы его к B, а сила Y — к C. Теперь, если вы проведете две линии, одну из B, параллельную A C, а другую из C, параллельную A B, они встретятся в D, и вы образуете квадрат; косая линия, которую описывает тело, называется диагональю квадрата.

Кэролайн. Это очень ясно, но предположим, что две силы неравны, что сила X, например, в два раза больше силы Y?

Миссис Б. Тогда сила X толкнет мяч в два раза дальше, чем сила Y, следовательно, вы должны провести линию A B (рис. 6) в два раза длиннее линии A C, тело в этом случае переместится в D; и если вы проведете линии из точек B и C точно так, как указано в последнем примере, они встретятся в D, и вы обнаружите, что мяч переместился по диагонали прямоугольника.

Эмили. Позвольте мне предложить другой случай. Предположим, две силы неравны, но действуют на мяч не в направлении прямого угла, а в направлении острого угла, что из этого получится?

Миссис Б. Продолжите линии в направлениях двух сил, и вы вскоре обнаружите, в какую сторону будет направлен мяч; он будет двигаться от A к D, по диагонали параллелограмма (рис. 7). Силы, действующие в направлении линий, образующих тупой угол, также вызовут движение по диагонали параллелограмма. Например, если бы тело начало движение из B, а не из A, и на него воздействовали силы X и Y, оно двигалось бы по пунктирной диагонали B C.

Теперь мы можем перейти к криволинейному движению: это результат действия двух сил на тело; одной из них оно проецируется вперед по прямой линии; в то время как другой оно притягивается или направляется к фиксированной точке. Например, когда я вращаю этот мяч, привязанный к моей руке веревкой, мяч движется по круговой траектории, потому что на него воздействуют две силы: та, которую я придаю ему, представляющая силу проекции, и сила веревки, которая удерживает его у моей руки. Если во время его движения вы внезапно перережете веревку, мяч улетит по прямой линии; освободившись от того ограничения, которое заставляло его двигаться вокруг фиксированной точки, он будет подвергаться воздействию только одной силы; а движение, вызванное одной силой, как вы знаете, всегда происходит по прямой линии.

Кэролайн. Это круговое движение немного труднее понять, чем сложное движение по прямым линиям.

Миссис Б. Вы видели, как вода разлетается от точильного камня, когда его быстро вращают; частицы самого камня имеют ту же тенденцию и тоже улетели бы, если бы их сила сцепления не была больше, чем у воды. И действительно, иногда случается, что большие точильные камни разлетаются на куски из-за быстроты их движения.

Эмили. Таким же образом обод и спицы колеса при быстром движении устремились бы прямо вперед по прямой линии, если бы они не были привязаны к фиксированной точке, вокруг которой они вынуждены двигаться.

Миссис Б. Очень хорошо. Теперь вы должны научиться различать то, что называется центром движения, и осью движения; первое рассматривается как точка, вторая — как линия.

Когда тело, подобно мячу на конце веревки, вращается по кругу, центр круга называется центром его движения, и говорят, что тело вращается в плоскости; потому что линия, проведенная от вращающегося тела к центру движения, описывала бы плоскость или плоскую поверхность.

Когда тело вращается вокруг самого себя, как мяч, подвешенный на веревке и заставленный вращаться, или волчок, вращающийся на полу, пока он остается на одном и том же месте; это вращение происходит вокруг воображаемой линии, проходящей через тело, и эта линия называется его осью движения.

Кэролайн. Ось точильного камня — это, значит, ось его движения; но всегда ли центр движения находится в середине тела?

Миссис Б. Нет, не всегда. Средняя точка тела называется его центром величины или положения, то есть центром его массы или объема. У тел есть и другой центр, называемый центром тяжести, который я вам объясню; но в настоящее время мы должны ограничиться осью движения. Эта линия, вы должны заметить, остается в покое, в то время как все остальные части тела движутся вокруг нее; когда вы запускаете волчок, ось неподвижна, в то время как каждая другая часть находится в движении вокруг нее.

Кэролайн. Но волчок обычно имеет движение вперед помимо своего вращательного движения; и тогда ни одна точка внутри него не может быть в покое?

Миссис Б. То, что я говорю об оси движения, относится только к круговому движению; то есть движению вокруг линии, а не к тому, которое тело может иметь в то же время в любом другом направлении. Есть одно обстоятельство, на которое вы должны обратить особое внимание: а именно, что чем дальше какая-либо часть тела находится от оси движения, тем больше ее скорость: по мере приближения к этой линии скорость частей постепенно уменьшается, пока вы не достигнете оси движения, которая находится в полном покое.

Кэролайн. Но если бы каждая часть одного и того же тела не двигалась с одинаковой скоростью, та часть, которая двигалась быстрее всех, должна была бы отделиться от остальной части тела и оставить ее позади?

Миссис Б. Вы запутываете себя, смешивая идею кругового движения с идеей движения по прямой линии; вы должны думать только о движении тела вокруг фиксированной линии, и вы обнаружите, что если бы части, наиболее удаленные от центра, не имели наибольшей скорости, эти части не смогли бы поспевать за остальной частью тела и остались бы позади. Разве концы лопастей ветряной мельницы не проходят гораздо большее расстояние, чем части, ближайшие к оси движения? (таблица 3, рис. 1). Три пунктирные окружности представляют пути, по которым движутся три разные части лопастей, и хотя окружности имеют разные размеры, каждая из них описывается за одно и то же время.

Кэролайн. Конечно, это так; и теперь я только удивляюсь, что никто из нас никогда не делал этого наблюдения раньше: и тот же эффект должен происходить в твердом теле, подобном вращающемуся волчку; самая выпуклая часть поверхности должна двигаться с наибольшей быстротой.

Миссис Б. Сила, которая тянет тело к центру, вокруг которого оно движется, называется центростремительной силой; а та сила, которая побуждает тело улетать от центра, называется центробежной силой; когда тело вращается вокруг центра, эти две силы постоянно уравновешивают друг друга; в противном случае вращающееся тело либо приближалось бы к центру, либо удалялось от него, в зависимости от того, какая из сил преобладала.

Кэролайн. Когда я вижу, что какое-либо тело движется по кругу, я буду помнить, что на него воздействуют две силы.

Миссис Б. Движение, будь то по кругу, эллипсу или любой другой кривой линии, должно быть результатом действия двух сил; ибо вы знаете, что импульс одной единственной силы всегда вызывает движение по прямой линии.

Эмили. А если какая-либо причина уничтожит центростремительную силу, центробежная сила одна будет воздействовать на тело, и оно, я полагаю, улетит по прямой линии от центра, к которому было привязано.

Миссис Б. Оно не улетит по прямой линии от центра; но по прямой линии в том направлении, в котором оно двигалось в момент своего освобождения; если камень, вращаемый в праще, выскальзывает в точке A (таблица 3, рис. 2), он улетает в направлении A B; эта линия называется касательной, она касается окружности круга и образует прямой угол с линией, проведенной из этой точки окружности к центру круга C.

Эмили. Вы говорите, что движение по кривой линии обусловлено двумя силами, действующими на тело; но когда я бросаю этот мяч в горизонтальном направлении, он описывает кривую линию при падении; и все же на него воздействует только сила проекции; нет никакой центростремительной силы, чтобы ограничить его или вызвать сложное движение.

Миссис Б. На мяч, брошенный таким образом, воздействуют не менее трех сил: сила проекции, которую вы сообщаете ему; сопротивление воздуха, через который он проходит, которое уменьшает его скорость, не меняя направления; и сила гравитации, которая в конечном итоге опускает его на землю. Поскольку сила гравитации и сопротивление воздуха всегда больше любой силы проекции, которую мы можем придать телу, последняя постепенно преодолевается, и тело опускается на землю; но чем сильнее сила проекции, тем дольше эти силы будут бороться с ней и тем дальше тело пролетит, прежде чем упадет.

Кэролайн. Выстрел из пушки, например, пролетит гораздо дальше, чем камень, брошенный рукой.

Миссис Б. Тела, брошенные таким образом, как вы замечаете, описывают кривую линию при своем спуске; можете ли вы объяснить это?

Кэролайн. Нет; я не понимаю, почему он не должен падать по диагонали квадрата.

Миссис Б. Вы должны учесть, что сила проекции наиболее сильна, когда мяч только что брошен; эта сила по мере движения ослабевает из-за постоянного сопротивления воздуха, поэтому камень сначала движется в горизонтальном направлении; но по мере того, как более сильные силы берут верх, направление мяча будет постепенно меняться с горизонтальной на перпендикулярную линию. Проекция одна толкнула бы мяч A к B (рис. 3), гравитация привела бы его к C; поэтому, когда на него воздействуют в разных направлениях эти две силы, он движется между ними, постепенно все больше наклоняясь к силе гравитации по мере того, как она накапливается; поэтому вместо того, чтобы достичь земли в D, как вы полагаете, он падает где-то около E.

Кэролайн. Это именно так; посмотри, Эмили, как я бросаю этот мяч прямо вверх, как гравитация и сопротивление воздуха побеждают проекцию. Теперь я брошу его вверх под углом: видишь, сила проекции позволяет ему на мгновение действовать в противовес силе гравитации; но вскоре он снова опускается вниз.

Миссис Б. Кривая линия, которую описал мяч, называется в геометрии параболой; но когда мяч бросают перпендикулярно вверх, он будет опускаться перпендикулярно; потому что сила проекции и сила гравитации находятся на одной линии направления.

Plate iii.

Мы рассмотрели центры величины и движения; но я еще не объяснила вам, что подразумевается под центром тяжести; это та точка в теле, относительно которой все части точно уравновешивают друг друга; если, следовательно, эта точка будет поддержана, тело не упадет. Вы понимаете это?

Эмили. Думаю, да; если части вокруг этой точки имеют равную тенденцию к падению, они будут находиться в равновесии, и пока эта точка поддерживается, тело не может упасть.

Миссис Б. Кэролайн, какой был бы эффект, если бы тело поддерживалось в любой другой единственной точке?

Кэролайн. Окружающие части больше не уравновешивают друг друга, и тело, я полагаю, упало бы на ту сторону, где части тяжелее.

Миссис Б. Несомненно; всякий раз, когда центр тяжести не поддерживается, тело должно упасть. Это иногда случается с перегруженной повозкой, поднимающейся на крутой холм, когда одна сторона дороги более приподнята, чем другая; давайте предположим, что она наклонена, как описано на этом рисунке (таблица 3, рис. 4), мы скажем, что центр тяжести этой груженой повозки находится в точке A. Теперь ваш глаз подскажет вам, что повозка в таком положении опрокинется; и причина в том, что центр тяжести A не поддерживается; ибо если вы проведете перпендикулярную линию от него к земле в C, она не упадет под повозку между колесами и, следовательно, не поддерживается ими.

Кэролайн. Я понимаю это совершенно; но что означает другая точка B?

Миссис Б. Давайте в воображении снимем верхнюю часть груза; центр тяжести тогда изменит свое положение и опустится к B, так как это теперь будет точка, относительно которой части менее тяжело нагруженной повозки уравновешивают друг друга. Опрокинется ли теперь повозка?

Кэролайн. Нет, потому что перпендикулярная линия из этой точки падает внутри колес в D и поддерживается ими; а когда центр тяжести поддерживается, тело не упадет.

Эмили. И все же мне не очень хотелось бы обгонять повозку в такой ситуации, ибо, как вы видите, точка D находится лишь чуть внутри левого колеса; если бы правое колесо приподнялось, просто наехав на камень, точка D оказалась бы снаружи левого колеса, и повозка опрокинулась бы.

Кэролайн. Повозка или любой экипаж будет тогда наиболее прочно поддерживаться, когда центр тяжести падает точно между колесами; и это случай на ровной дороге.

Миссис Б. Центр тяжести человеческого тела — это точка где-то на линии, проходящей перпендикулярно через середину его, и пока мы стоим прямо, эта точка поддерживается ногами; если вы наклонитесь в одну сторону, вы обнаружите, что больше не стоите твердо. Канатоходец выполняет все свои трюки ловкости, искусно поддерживая свой центр тяжести; всякий раз, когда он обнаруживает, что находится в опасности потерять равновесие, он смещает тяжелый шест, который держит в руках, чтобы перебросить вес в сторону, где его не хватает; и таким образом, изменяя положение центра тяжести, он восстанавливает свое равновесие.

Кэролайн. Когда палка балансирует на кончике пальца, разве это не происходит благодаря поддержке ее центра тяжести?

Миссис Б. Да; и именно потому, что центр тяжести не поддерживается, сферические тела скатываются по склону. Сфера, будучи идеально круглой, может касаться склона только в одной точке, и эта точка не может находиться перпендикулярно под центром тяжести и, следовательно, не может быть поддержана, как вы заметите, изучив этот рисунок (рис. 5, таблица 3).

Эмили. Похоже на то: однако я видела, как деревянный цилиндр катится вверх по склону; как это устроено?

Миссис Б. Это делается путем закупоривания или утяжеления одной стороны цилиндра свинцом, как в B (рис. 5, таблица 3), тело больше не является однородным по плотности, центр тяжести смещается из середины тела в какую-то точку в свинце или рядом с ним, так как это вещество намного тяжелее дерева; теперь вы можете заметить, что если бы этот цилиндр катился вниз по плоскости, как он здесь расположен, центр тяжести должен был бы подняться, что невозможно; центр тяжести всегда должен опускаться при движении и будет опускаться кратчайшим и самым легким путем, который будет заключаться в том, чтобы заставить цилиндр подняться по склону, пока центр тяжести не будет поддержан, и тогда он остановится.

Кэролайн. Центр тяжести, следовательно, не всегда находится в середине тела.

Миссис Б. Нет, эту точку мы назвали центром величины; когда тело имеет однородную плотность и правильную форму, как куб или сфера, центры тяжести и величины находятся в одной и той же точке; но когда одна часть тела состоит из более тяжелых материалов, чем другая, центр тяжести больше не может совпадать с центром величины. Таким образом, вы видите, что центр тяжести этого цилиндра, закупоренного свинцом, не может находиться в той же точке, что и центр величины.

Эмили. Тела, следовательно, состоящие только из одного вида вещества, такого как дерево, камень или свинец, и чья плотность, следовательно, однородна, должны стоять более твердо и быть более трудными для опрокидывания, чем тела, состоящие из множества веществ разной плотности, которые могут сместить центр тяжести в одну сторону.

Миссис Б. Это зависит от расположения материалов; если те, которые наиболее плотны, занимают нижнюю часть, устойчивость будет увеличена, так как центр тяжести будет находиться близко к основанию. Но есть еще одно обстоятельство, которое более существенно влияет на прочность их положения, и это их форма. Тела, имеющие узкое основание, легко опрокидываются, ибо если они немного наклонены, их центр тяжести больше не поддерживается, как вы можете заметить на рис. 6.

Кэролайн. Я часто замечала, с каким трудом человек несет одно ведро воды; это, я полагаю, из-за того, что центр тяжести смещается в одну сторону; и противоположная рука вытягивается, чтобы попытаться вернуть его в исходное положение; но ведро, висящее на каждой руке, нести легче, потому что они уравновешивают друг друга, и центр тяжести остается поддерживаемым ногами.

Миссис Б. Очень хорошо; у меня есть только одно замечание по поводу центра тяжести, которое заключается в том, что когда два тела скреплены вместе негибким стержнем, их следует рассматривать как образующие одно тело; если два тела равного веса, центр тяжести будет находиться в середине линии, которая их соединяет (рис. 7), но если одно тяжелее другого, центр тяжести будет пропорционально ближе к тяжелому телу, чем к легкому (рис. 8). Если бы вы несли стержень или шест с равным весом, прикрепленным к каждому его концу, вы держали бы его за середину стержня, чтобы веса уравновешивали друг друга; тогда как если бы веса были неравны, вы держали бы его ближе к большему весу, чтобы заставить их уравновешивать друг друга.

Эмили. И в обоих случаях мы поддерживали бы центр тяжести; и если один вес значительно больше другого, центр тяжести будет выброшен со стержня в самый тяжелый вес (рис. 9).

Миссис Б. Несомненно.

Вопросы

1.(Pg. 46) If a body be struck by two equal forces in opposite directions, what will be the result?

2.(Pg. 46) What is fig. 5. plate 2. intended to represent?

3.(Pg. 47) How would the ball move, and how would you represent the direction of its motion?

4.(Pg. 47) What is supposed respecting the forces represented in fig. 6?

5.(Pg. 47) How would the body move if so impelled?

6.(Pg. 47) If the forces are unequal and not at right angles, how would the body move, as illustrated by fig. 7?

7.(Pg. 47) How must a body be acted on, to produce motion in a curve, and what example is given?

8.(Pg. 48) When is a body said to revolve in a plane, and what is meant by the centre of motion?

9.(Pg. 48) What is intended by the axis of motion, and what are examples?

10.(Pg. 48) What is the middle point of a body called?

11.(Pg. 48) What is said of the axis of motion, whilst the body is revolving?

12.(Pg. 48) When a body revolves on an axis, do all its parts move with equal velocity?

13.(Pg. 49) How is this explained by fig. 1. plate 3?

14.(Pg. 49) What are the two forces called which cause a body to move in a curve; and what proportion do these two forces bear to each other when a body revolves round a centre?

15.(Pg. 49) If the centripetal force were destroyed, how would a body be carried by the centrifugal?

16.(Pg. 50) Explain what is meant by a tangent, as shown in fig. 2. plate 3.

17.(Pg. 50) What forces impede a body thrown horizontally?

18.(Pg. 50) Give the reason why a body so projected, falls in a curve. (fig. 3. plate 3.)

19.(Pg. 51) The curve in which it falls, is not a part of a true circle: what is it denominated?

20.(Pg. 51) What is the centre of gravity defined to be?

21.(Pg. 51) What results from supporting, or not supporting the centre of gravity?

22.(Pg. 51) What is intended to be explained by fig. 4. plate 3?

23.(Pg. 51) What would be the effect of taking off the upper portion of the load?

24.(Pg. 52) When will a carriage stand most firmly?

25.(Pg. 52) What is said of the centre of gravity of the human body, and how does a rope dancer preserve his equilibrium?

26.(Pg. 52) Why cannot a sphere remain at rest on an inclined plane? (fig. 5. plate 3.)

27.(Pg. 52) A cylinder of wood, may be made to rise to a small distance up an inclined plane. How may this be effected? (fig. 5. plate 3.)

28.(Pg. 53) When do we find the centres of gravity, and of magnitude in different points?

29.(Pg. 53) What influence will the density of the parts of a body exert upon its stability?

30.(Pg. 53) What other circumstance materially affects the firmness of position? (fig. 6. plate 3.)

31.(Pg. 53) Why is it more easy to carry a weight in each hand, than in one only?

32.(Pg. 53) What is said respecting two bodies united by an inflexible rod?

33.(Pg. 53) What is fig. 7, plate 3, intended to illustrate? What fig. 8; what fig. 9?

БЕСЕДА V. О МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛАХ.

OF THE POWER OF MACHINES. OF THE LEVER IN GENERAL. OF THE LEVER OF THE FIRST KIND, HAVING THE FULCRUM BETWEEN THE POWER AND THE WEIGHT. OF THE LEVER OF THE SECOND KIND, HAVING THE WEIGHT BETWEEN THE POWER AND THE FULCRUM. OF THE LEVER OF THE THIRD KIND, HAVING THE POWER BETWEEN THE FULCRUM AND THE WEIGHT.

МИССИС Б.

Теперь мы можем перейти к изучению механических сил; их шесть: рычаг, блок, колесо и ось, наклонная плоскость, клин и винт; одна или несколько из них входят в состав каждой машины.

Механическая сила — это инструмент, с помощью которого эффект данной силы увеличивается, в то время как сама сила остается прежней.

Чтобы понять силу машины, нужно рассмотреть четыре вещи. 1-е. Сила, которая действует: это состоит в усилиях людей или лошадей, весов, пружин, пара и т. д.

2-е. Сопротивление, которое должно быть преодолено силой: это обычно вес, который нужно переместить. Сила всегда должна быть выше сопротивления, иначе машину нельзя было бы привести в движение.

Кэролайн. Если, например, сопротивление повозки было больше, чем сила лошадей, запряженных, чтобы тянуть ее, они не смогли бы заставить ее двигаться.

Миссис Б. 3-е. Мы должны рассмотреть опору или подпорку, или, как это называется в механике, точку опоры; это, как вы можете припомнить, точка, вокруг которой тело поворачивается при движении; и, наконец, соответствующие скорости силы и сопротивления.

Эмили. Это в целом должно зависеть от их соответствующих расстояний от точки опоры или от оси движения; как мы наблюдали при движении лопастей ветряной мельницы.

Миссис Б. Теперь мы рассмотрим силу рычага. Рычаг — это негибкий стержень или брусок, подвижный вокруг точки опоры и имеющий силы, приложенные к двум или более точкам на нем. Например, стальной стержень, на котором подвешены эти весы, является рычагом, а точка, в которой он поддерживается, — точкой опоры, или центром движения; теперь, можете ли вы сказать мне, почему две чаши весов находятся в равновесии?

Кэролайн. Будучи обе пустыми и одного веса, они уравновешивают друг друга.

Эмили. Или, говоря более правильно, потому что центр тяжести, общий для обеих, поддерживается.

Миссис Б. Очень хорошо; и где находится центр тяжести этой пары весов? (рис. 1, таблица 4).

Эмили. Вы говорили нам, что когда два тела равного веса скреплены вместе, центр тяжести находится в середине линии, которая их соединяет; центр тяжести весов должен, следовательно, поддерживаться точкой опоры F рычага, который соединяет две чаши и который является центром движения.

Кэролайн. Но если бы чаши содержали разные веса, центр тяжести больше не находился бы в точке опоры рычага, а сместился бы к той чаше, которая содержала самый тяжелый вес; и поскольку эта точка больше не поддерживалась бы, тяжелая чаша опустилась бы и перевесила другую.

Миссис Б. Верно; но скажите мне, можете ли вы представить себе какой-либо способ, с помощью которого тела разного веса могут быть заставлены уравновешивать друг друга, либо в паре весов, либо просто подвешенные к концам рычага? ибо чаши не являются существенной частью машины; они не обладают механической силой и используются просто для удобства содержания вещества, которое нужно взвесить.

Кэролайн. Что! заставить легкое тело уравновесить тяжелое? Я не могу представить, что это возможно.

Миссис Б. Точка опоры этой пары весов (рис. 2), как видите, подвижна; я могу снять ее с коромысла и прикрепить снова в другой части; эта часть теперь стала точкой опоры, но она больше не находится в центре рычага.

Кэролайн. И весы больше не верны; ибо та, которая висит на самой длинной стороне рычага, опускается.

Миссис Б. Две части рычага, разделенные точкой опоры, называются его плечами; поэтому вам следует говорить «самое длинное плечо», а не «самая длинная сторона рычага».

Ваше наблюдение верно, что равновесие теперь нарушено; но это послужит цели помочь вам понять силу рычага, когда точка опоры не находится в центре.

Эмили. Это было бы отличным приспособлением для тех, кто обманывает в весе своих товаров; сделав точку опоры немного в стороне и поместив товары в чашу, которая подвешена к самому длинному плечу рычага, они казались бы тяжелее, чем есть на самом деле.

Миссис Б. Вы не учитываете, как легко мошенничество было бы обнаружено; ибо при опустошении чаш они не висели бы в равновесии. Если бы, конечно, чаша на более коротком плече была сделана тяжелее, чтобы уравновесить ту, что на более длинном, они казались бы верными, в то время как на самом деле были бы ложными.

Эмили. Верно; я не подумала об этом обстоятельстве. Но я не понимаю, почему самое длинное плечо рычага не должно быть в равновесии с другим?

Кэролайн. Это потому, что количество движения в самом длинном плече больше, чем в самом коротком; центр тяжести, следовательно, больше не поддерживается.

Миссис Б. Вы правы, точка опоры больше не находится в центре тяжести; но если мы сможем придумать, как сделать точку опоры в ее нынешнем положении центром тяжести, весы снова уравновесят друг друга; ибо вы помните, что центр тяжести — это та точка, относительно которой каждая часть тела находится в равновесии.

Эмили. Мне только что пришло в голову, как это можно осуществить; положите большой вес в чашу, подвешенную к самому короткому плечу рычага, и меньший — в ту, что подвешена к самому длинному плечу. Да, я обнаружила это — посмотрите, миссис Б., чаша на самом коротком плече будет нести 3 фунта, а та, что на самом длинном плече, только один, чтобы восстановить равновесие (рис. 3).

Миссис Б. Вы видите, следовательно, что это не так неосуществимо, как вы воображали, заставить тяжелое тело уравновесить легкое; и это, по сути, средства, с помощью которых, как вы заметили, можно было бы осуществить обман в весе товаров, так как вес в десять или двенадцать унций мог бы таким образом уравновесить фунт товаров. Если вы измерите оба плеча рычага, вы обнаружите, что длина более длинного плеча в три раза больше длины более короткого; и что для создания равновесия веса должны находиться в той же пропорции друг к другу, и что больший вес должен быть на более коротком плече. Давайте теперь снимем чаши, чтобы мы могли рассмотреть рычаг просто; и в этом состоянии вы видите, что точка опоры больше не является центром тяжести, потому что она была удалена из середины рычага; но она есть и всегда должна быть центром движения, так как это единственная точка, которая остается в покое, в то время как другие части движутся вокруг нее.

Plate iv.

Кэролайн. Плечи рычага, будучи разными по длине, теперь точно напоминают безмены, с помощью которых так часто взвешивают товары.

Миссис Б. Его, по сути, можно рассматривать как пару безменов, с помощью которых та же сила позволяет нам определить вес различных товаров, просто увеличивая расстояние силы от точки опоры; вы знаете, что чем дальше тело от оси движения, тем больше его скорость.

Кэролайн. Это я помню и понимаю совершенно.

Миссис Б. Вы понимаете тогда, что конец самого длинного плеча рычага должен двигаться с большей скоростью, чем конец самого короткого плеча, и что его количество движения больше пропорционально.

Эмили. Без сомнения, потому что он дальше всего от центра движения. И скажите, миссис Б., когда мои братья играют на качелях-балансирах, разве доска, на которой они катаются, не является своего рода рычагом?

Миссис Б. Конечно; бревно, которое поддерживает ее от земли, является точкой опоры, а те, кто катается, представляют силу и сопротивление на концах рычага. И разве вы не замечали, что когда те, кто катается, равного веса, доска должна поддерживаться посередине, чтобы сделать два плеча равными; тогда как если люди различаются по весу, доска должна быть сдвинута немного дальше над опорой, чтобы сделать плечи неравными, и самый легкий человек, который может считаться представляющим силу, должен быть помещен на конец самого длинного плеча.

Кэролайн. Так всегда бывает, когда я катаюсь на доске с моим младшим братом; я также заметила, что самый легкий человек получает лучшее катание, так как он движется и дальше, и быстрее; и теперь я понимаю, что это потому, что он находится дальше от центра движения.

Миссис Б. Большая скорость, с которой движется ваш маленький брат, делает его количество движения равным вашему.

Кэролайн. Да; у меня больше веса, у него — большая скорость; так что в целом наши количества движения равны. Но вы сказали, миссис Б., что сила должна быть больше сопротивления, чтобы привести машину в движение; как же тогда доска может двигаться, если количества движения людей, которые катаются, равны?

Миссис Б. Потому что каждый человек при своем спуске касается и отталкивается ногами от земли; противодействие этого дает ему импульс, который производит движение; этот толчок необходим, чтобы разрушить равновесие силы и сопротивления, иначе доска не сдвинулась бы. Вы когда-нибудь замечали, что рычаг описывает дугу круга при своем движении?

Эмили. Нет; мне кажется, что он поднимается и опускается перпендикулярно; по крайней мере, я всегда так думала.

Миссис Б. Я думаю, мне придется сделать набросок того, как вы с братом катаетесь на доске, чтобы убедить вас в вашей ошибке (рис. 4, таблица 4). Теперь вы можете заметить, что рычаг может двигаться только вокруг точки опоры, так как это центр движения; для вас было бы невозможно подняться перпендикулярно к точке A; или для вашего брата — опуститься по прямой линии к точке B; вы должны при подъеме, а он при спуске, описывать дуги ваших соответствующих кругов. Этот рисунок показывает вам также, насколько его скорость должна быть выше вашей; ибо если бы вы могли качаться по полному кругу, вы бы каждый завершили свои соответствующие круги за одно и то же время.

Кэролайн. Круг моего брата намного больше, поэтому он, несомненно, должен двигаться быстрее всех.

Миссис Б. Теперь скажите мне, думаете ли вы, что ваш брат мог бы поднять вас так же легко без помощи рычага?

Кэролайн. О нет, он не смог бы поднять меня с земли.

Миссис Б. Тогда я думаю, что вам не требуется дальнейших доказательств силы рычага, так как вы видите, что он позволяет вашему брату совершить.

Кэролайн. Теперь я понимаю, что вы имели в виду, говоря, что в механике скорость противопоставляется весу, ибо именно скорость моего брата преодолевает мой вес.

Миссис Б. Вы можете легко представить, какие огромные веса могут быть подняты рычагами такого типа, ибо чем длиннее, по сравнению с другим, то плечо, к которому приложена сила, тем больше будет эффект, произведенный им; потому что больше скорость силы по сравнению со скоростью веса.

Рычаги бывают трех видов; в первом точка опоры находится между силой и весом.

Кэролайн. Этот вид, значит, включает в себя несколько рычагов, которые вы описали.

Миссис Б. Да, когда в рычагах первого вида точка опоры одинаково удалена от силы и веса, как в весах, будет равновесие, когда сила и вес равны друг другу; это тогда не механическая сила, ибо ничего нельзя в этом случае выиграть за счет скорости; два плеча рычага будучи равными, скорость их концов должна быть таковой же. Весы, следовательно, не являются подспорьем как механическая сила, хотя они чрезвычайно полезны при оценке соответствующих весов тел.

Но когда (рис. 5) точка опоры F рычага находится на неодинаковом расстоянии от силы и груза, и сила P действует на конце самого длинного плеча, она может быть меньше груза W; ее недостаток компенсируется ее превосходящей скоростью, как мы наблюдали на примере качелей.

Эмили. Значит, когда мы хотим поднять большой груз, мы должны закрепить его на самом коротком плече рычага, а нашу силу приложить к самому длинному плечу?

Миссис Б. Если обстоятельства позволяют подвести конец рычага под сопротивляющееся тело, никакого закрепления не потребуется; как вы заметите, когда гвоздь вытаскивают с помощью молотка, который, хотя и изогнут, является рычагом первого рода: рукоятка — это самое длинное плечо, точка, на которую он опирается, — точка опоры, а расстояние от нее до части, удерживающей гвоздь, — короткое плечо. Но дайте-ка послушать, Кэролайн, сможете ли вы объяснить действие этого инструмента, состоящего из двух рычагов, объединенных в одной общей точке опоры.

Кэролайн. Ножницы!

Миссис Б. Вы удивлены; но если вы изучите их устройство, то обнаружите, что именно сила рычага помогает нам резать ножницами.

Кэролайн. Да; теперь я вижу, что точка, в которой два рычага соединены винтом, является точкой опоры; сила пальцев прикладывается к рукояткам, а предмет, который нужно разрезать, — это сопротивление; следовательно, чем длиннее рукоятки и короче концы ножниц, тем легче ими резать.

Эмили. Я часто это замечала, ведь когда я режу картон или какой-либо твердый материал, я всегда использую ту часть ножниц, которая ближе к винту или заклепке, и теперь я понимаю, почему это увеличивает силу резания; но признаюсь, я бы никогда не догадалась, что ножницы — это двойные рычаги; и скажите, разве щипцы для снятия нагара со свечей — не рычаги подобного типа?

Миссис Б. Да, как и большинство видов клещей; их огромная сила заключается в большой относительной длине рукояток.

Вы когда-нибудь обращали внимание на валек экипажа, к которому припряжены лошади при движении?

Эмили. О да; это рычаг первого рода, но поскольку точка опоры находится посередине, лошади должны тянуть с равной силой, какова бы ни была их мощь.

Миссис Б. Обычно так и есть, но очевидно, что, сделав одно плечо длиннее другого, его можно приспособить для лошадей неодинаковой силы.

Кэролайн. А какова природа двух других видов рычагов?

Миссис Б. В рычагах второго рода груз, вместо того чтобы находиться на одном конце, расположен между силой и точкой опоры (рис. 6).

Кэролайн. Груз и точка опоры здесь поменялись местами; и какое преимущество дает такой вид рычага?

Миссис Б. При его перемещении скорость силы должна быть обязательно больше скорости груза, так как она находится дальше от центра движения. Вы когда-нибудь видели, как ваш брат перемещает снежный ком с помощью крепкой палки, когда он становится слишком тяжелым, чтобы сдвинуть его без посторонней помощи?

Кэролайн. О да; и это был рычаг второго рода (рис. 7): конец палки, который он просовывает под ком и который опирается на землю, становится точкой опоры; ком — это груз, который нужно переместить, а сила — его руки, приложенные к другому концу рычага. В этом случае существует большая разница в длине плеч рычага; ведь груз находится почти вплотную к точке опоры.

Миссис Б. И полученное преимущество пропорционально этой разнице. Самый распространенный пример рычагов второго рода, который у нас есть, — это двери наших комнат.

Эмили. Петли представляют собой точку опоры, наши руки — силу, приложенную к другому концу рычага; но где же груз, который нужно переместить?

Миссис Б. Дверь — это груз, который в данном примере занимает все пространство между силой и точкой опоры. Щипцы для орехов — это двойные рычаги такого типа: шарнир — это точка опоры, орех — сопротивление, а руки — сила.

В рычагах третьего рода (рис. 8) точка опоры снова находится на одном конце, груз или сопротивление — на другом, а сила прикладывается между точкой опоры и сопротивлением.

Эмили. Значит, точка опоры, груз или сила по очереди занимают какую-то часть рычага между его концами. Но в этом третьем виде рычага, поскольку груз находится дальше от центра движения, чем сила, трудность его подъема кажется скорее увеличенной, чем уменьшенной.

Миссис Б. Это совершенно верно; поэтому рычаг такого рода никогда не используется, если в этом нет крайней необходимости, как в случае с поднятием лестницы, чтобы приставить ее к стене; человек, который ее поднимает, не может положить руки на верхнюю часть лестницы, поэтому сила обязательно прикладывается гораздо ближе к точке опоры, чем к грузу.

Кэролайн. Да, руки — это сила, земля — точка опоры, а верхняя часть лестницы — груз.

Миссис Б. Природа использует этот вид рычага в строении человеческого тела. При поднятии груза рукой нижняя часть руки становится рычагом третьего рода; локоть — это точка опоры, мышцы мясистой части руки — сила; и поскольку они находятся ближе к локтю, чем к кисти, необходимо, чтобы их сила превышала поднимаемый груз.

Эмили. Разве не удивительно, что природа наделила нас такими невыгодными рычагами?

Миссис Б. Недостаток в отношении силы более чем компенсируется удобством, возникающим благодаря такому строению руки; и, несомненно, именно оно лучше всего приспособлено для выполнения ее разнообразных функций.

Существует одно правило, которое применимо к любому рычагу, и оно гласит: чтобы достичь равновесия, сила должна относиться к грузу так же, как длина короткого плеча к длине длинного; как показала Эмили с грузами в 1 фунт и 3 фунта. Рис. 3, табл. 4.

Мы так долго останавливались на рычаге, что должны отложить рассмотрение других механических сил до нашей следующей встречи.

Вопросы

1.(Pg. 54) How many mechanical powers are there, and what are they named?

2.(Pg. 54) What is a mechanical power defined to be?

3.(Pg. 54) What four particulars must be observed?

4.(Pg. 54) Upon what will the velocities depend?

5.(Pg. 55) What is a lever?

6.(Pg. 55) Give a familiar example.

7.(Pg. 55) When and why do the scales balance each other, and where is their centre of gravity? (fig. 1. plate 4.)

8.(Pg. 55) Why would they not balance with unequal weights?

9.(Pg. 55) Were the fulcrum removed from the middle of the beam what would result?

10.(Pg. 55) What do we mean by the arms of a lever?

11.(Pg. 56) How may a pair of scales be false, and yet appear to be true?

12.(Pg. 56) If the fulcrum be removed from the centre of gravity, how may the equilibrium be restored?

13.(Pg. 56) How is this exemplified by fig. 3. plate 4?

14.(Pg. 56) What proportion must the weights bear to the lengths of the arms?

15.(Pg. 57) On what principle do we weigh with a pair of steelyards, and what will be the difference in the motion of the extremities of such a lever?

16.(Pg. 58) How is this exemplified by fig. 4. plate 4?

17.(Pg. 58) What line is described by the ends of a lever? fig. 4. plate 4.

18.(Pg. 58) How many kinds are there; and in the first how is the fulcrum situated?

19.(Pg. 58) When may the fulcrum be so situated that this lever is not a mechanical power, and why?

20.(Pg. 59) What is represented by fig. 5. plate 4?

21.(Pg. 59) Give a familiar example of the use of a lever of the first kind.

22.(Pg. 59) In what instruments are two such levers combined?

23.(Pg. 59) How may two horses of unequal strength, be advantageously coupled in a carriage?

24.(Pg. 60) Describe a lever of the second kind. (Fig. 6. plate 4.)

25.(Pg. 60) What is represented in fig. 7. plate 4, and in what proportion does this lever gain power?

26.(Pg. 60) What is said respecting a door?

27.(Pg. 60) Describe a lever of the third kind.

28.(Pg. 60) In what instance do we use this?

29.(Pg. 61) What remarks are made on its employment in the limbs of animals?

30.(Pg. 61) What are the conditions of equilibrium in every lever?

БЕСЕДА V. ПРОДОЛЖЕНИЕ. О МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛАХ.

OF THE PULLEY. OF THE WHEEL AND AXLE. OF THE INCLINED PLANE. OF THE WEDGE. OF THE SCREW.

МИССИС Б.

Блок — это вторая механическая сила, которую мы должны рассмотреть. Вы обе, полагаю, видели блок?

Кэролайн. Да, часто: это круглый плоский кусок дерева или металла со шнуром, который проходит по желобу вокруг него: с его помощью можно подтянуть груз; так блоки используются для поднятия штор.

Миссис Б. Да; но в этом случае блоки неподвижны; то есть они сохраняют свое место и просто вращаются на своей оси; они не увеличивают силу для поднятия грузов, как вы заметите по этому рисунку (табл. 5, рис. 1). Заметьте, что неподвижный блок работает по тому же принципу, что и рычаг весов, в котором точка опоры F находится в центре тяжести, сила P и груз W равноудалены от нее, и никакого преимущества не достигается.

Эмили. Конечно; если P представляет силу, используемую для поднятия груза W, то сила должна быть больше груза, чтобы сдвинуть его. Но какая тогда польза от неподвижного блока в механике?

Миссис Б. Хотя он не увеличивает силу, он часто полезен для изменения ее направления. Один неподвижный блок позволяет нам поднять штору, потянув вниз шнур, соединенный с ней; и мы были бы в затруднении выполнить эту простую операцию без его помощи.

Кэролайн. Конечно, было бы трудно подниматься к верху шторы, чтобы подтянуть ее. Действительно, теперь я вспоминаю, как видела, что рабочие поднимают грузы на значительную высоту с помощью неподвижного блока, что избавило их от необходимости подниматься самим.

Миссис Б. На следующем рисунке изображен блок, который не является неподвижным (рис. 2); и в таком положении, как вы заметите, он дает нам механическое преимущество.

A — это подвижный блок; то есть тот, который прикреплен к поднимаемому грузу и, следовательно, движется вверх или вниз вместе с ним. Существует также неподвижный блок D, который служит только для изменения направления силы P. Теперь очевидно, что скорость силы будет вдвое больше скорости груза W; ибо если тянуть веревку в точке P до тех пор, пока блок A не поднимется вместе с грузом к неподвижному блоку D, то обе части веревки, C и B, должны пройти через неподвижный блок, и, следовательно, рука в точке P пройдет расстояние, равное этим двум частям; но груз поднимется только на половину этого расстояния.

Кэролайн. Это я понимаю: если P потянет веревку всего на один дюйм, груз поднимется только на полдюйма, потому что это укоротит веревки B и C на полдюйма каждую, и, следовательно, блок с прикрепленным к нему грузом может быть поднят только на полдюйма.

Эмили. Но я до сих пор не понимаю преимущества подвижных блоков; они кажутся мне скорее увеличивающими, чем уменьшающими трудность поднятия грузов, поскольку нужно тянуть веревку на двойную длину по сравнению с тем, на которую вы поднимаете груз; в то время как с одним блоком или без какого-либо блока груз поднимается настолько, насколько укорачивается веревка.

Миссис Б. Преимущество подвижного блока заключается в разделении трудности; мы должны, это правда, тянуть вдвое большую длину веревки, но зато требуется лишь половина той силы, которая была бы необходима для поднятия груза без помощи подвижного блока.

Эмили. Значит, трудность преодолевается так же, как если бы мы разделили груз на две равные части и поднимали их по очереди.

Миссис Б. Точно. Вы должны заметить, что с подвижным блоком скорость силы вдвое больше скорости груза; поскольку сила P (рис. 2) перемещается на два дюйма, в то время как груз W перемещается на один дюйм; поэтому сила не должна превышать половину веса груза, чтобы их количества движения были равны.

Кэролайн. Значит, блоки действуют по тому же принципу, что и рычаг; недостаток веса в силе компенсируется ее превосходящей скоростью, так что их количества движения становятся равными.

Миссис Б. Вы обнаружите, что любой выигрыш в силе в механике основан на том же принципе.

Эмили. Но нельзя ли возразить против блоков, что для поднятия груза с их помощью требуется больше времени, чем без них? Ведь то, что вы выигрываете в силе, вы теряете во времени.

Миссис Б. Это, дорогая моя, фундаментальный закон механики: так обстоит дело как с рычагом, так и с блоком; и вы обнаружите, что так будет со всеми другими механическими силами.

Кэролайн. Тогда я не вижу никакой выгоды в механических силах, если то, что мы выигрываем с их помощью в одном, теряем в другом.

Миссис Б. Поскольку мы не способны увеличить нашу естественную силу, разве не является очевидно полезным любой инструмент, с помощью которого мы можем снизить сопротивление или вес любого тела до уровня этой силы? Это и позволяют нам осуществить механические силы. Верно, как вы заметили, что для достижения этой цели требуется жертва временем, но вы должны понимать, как очень выгодно оно обменивается на силу. Если один человек своей естественной силой мог бы поднять только сто фунтов, то для поднятия пятисот фунтов потребовалось бы пять таких человек; и если один человек выполняет это с помощью подходящего механизма, то фактической потери времени нет; так как он делает работу пяти человек, хотя и тратит на ее выполнение в пять раз больше времени.

Теперь вы можете понять, что чем больше количество подвижных блоков, соединенных веревкой, тем легче поднимается груз; так как трудность распределяется между количеством веревок, или, вернее, частей, на которые веревка разделена блоками. Два или более блоков, соединенных таким образом, образуют то, что называется полиспастом, или системой блоков (рис. 3). Вы, возможно, видели их подвешенными к кранам для подъема товаров на склады.

Эмили. Когда есть два подвижных блока, как на рисунке, который вы нам показали (рис. 3), должны быть также два неподвижных блока для изменения направления веревки, и тогда груз поддерживается четырьмя веревками, и, конечно, каждая должна нести только одну четвертую часть груза.

Миссис Б. Вы совершенно правы, и правило для оценки силы, выигрываемой с помощью системы блоков, состоит в том, чтобы сосчитать количество веревок, которыми поддерживается груз; или, что сводится к тому же, умножить количество подвижных блоков на два.

На судах преимущества как увеличения силы, так и изменения направления с помощью блоков имеют существенное значение: ведь паруса поднимаются на мачты матросами на палубе благодаря изменению направления, которое осуществляет блок, а работа облегчается механической силой комбинации блоков.

Plate v.

Эмили. Но блоки на корабле не кажутся мне соединенными таким образом, как вы нам показали.

Миссис Б. Они, я полагаю, обычно соединены так, как описано на рисунке 4, как для морских, так и для множества других целей; но каким бы образом блоки ни были соединены одной веревкой, механическая сила остается той же.

Третья механическая сила — это колесо и ось. Предположим (табл. 5, рис. 5), что груз W — это ведро с водой в колодце, которое мы поднимаем, наматывая на ось веревку, к которой оно прикреплено; если делать это без колеса для вращения оси, никакой механической помощи не будет. Ось без колеса так же бессильна, как один неподвижный блок или рычаг, точка опоры которого находится в центре: но добавьте колесо к оси, и вы сразу обнаружите, что ведро поднимается с гораздо меньшим трудом. Скорость окружности колеса настолько больше скорости оси, насколько оно дальше от центра движения; ибо колесо описывает большой круг за то же время, за которое ось описывает малый, поэтому сила увеличивается в той же пропорции, в какой окружность колеса больше окружности оси. Если скорость колеса в двенадцать раз больше скорости оси, сила в двенадцать раз меньше веса ведра уравновесила бы его; а небольшое увеличение подняло бы его.

Эмили. Ось играет роль короткого плеча рычага, колесо — роль длинного плеча.

Кэролайн. При подъеме воды обычно, я полагаю, вместо колеса, прикрепленного к оси, есть только изогнутая рукоятка, которая служит для наматывания веревки на ось и, таким образом, поднятия ведра.

Миссис Б. Таким образом (рис. 6); теперь, если вы посмотрите на пунктирный круг, который описывает рукоятка при наматывании веревки, вы заметите, что ветвь рукоятки A, соединенная с осью, представляет собой спицу колеса и выполняет роль целого колеса; другая ветвь B не дает никакой механической помощи, просто служа рукояткой для вращения колеса.

Колеса — очень важная часть большинства машин; они используются по-разному; но, будучи закрепленными на оси, их механическая сила всегда одинакова: то есть во сколько раз окружность колеса превышает окружность оси, во столько раз будет увеличена энергия силы.

Кэролайн. Значит, чем больше колесо по отношению к оси, тем больше должен быть его эффект?

Миссис Б. Конечно. Если вы когда-нибудь видели какие-либо значительные мельницы или мануфактуры, вы, должно быть, восхищались огромным колесом, вращение которого приводит в движение весь механизм; и хотя оно производит такой большой эффект, лошади или двух достаточно, чтобы повернуть его; иногда для этой цели используется поток воды, но в последние годы паровой двигатель оказался наиболее мощным и наиболее удобным способом вращения колеса.

Кэролайн. Разве лопасти ветряной мельницы не представляют собой колесо, миссис Б.?

Миссис Б. Да; и в этом случае мы имеем преимущество бесплатной силы — ветра — для вращения колеса. Одно из великих преимуществ использования машин заключается в том, что оно дает нам своего рода власть над силами природы и позволяет нам заставить их выполнять работу, которая в противном случае легла бы на плечи человека. Когда поток ветра, поток воды или сила расширения пара выполняют нашу задачу, нам остается только контролировать и регулировать их работу.

Четвертая механическая сила — это наклонная плоскость; обычно это не что иное, как доска, расположенная в наклонном направлении, которая часто используется для облегчения поднятия грузов на небольшую высоту, например, при закатывании бочек на склад. Нетрудно понять, что груз можно гораздо легче закатить по склону, чем поднять на ту же высоту перпендикулярно. Но в этом, как и в других механических силах, легкость покупается ценой потери времени (рис. 7); ибо груз, вместо того чтобы двигаться прямо из A в C, должен двигаться из B в C, и во сколько раз длина плоскости больше ее высоты, во столько раз уменьшается сопротивление груза.

Эмили. Да; ибо сопротивление, вместо того чтобы быть ограниченным короткой линией A C, распределяется по длинной линии B C.

Миссис Б. Клин, который является следующей механической силой, обычно рассматривается как состоящий из двух наклонных плоскостей (рис. 8): вы, возможно, видели, как дровосеки используют его для раскалывания дерева. Сопротивление заключается в силе сцепления дерева или любого другого тела, которое клин используется для разделения; преимущество, получаемое с помощью этой силы, оценивается философами по-разному; но одно можно сказать наверняка: его сила увеличивается пропорционально уменьшению его толщины по сравнению с его длиной. Клин — очень мощный инструмент, но он всегда приводится в движение ударами молотка или какого-либо другого тела, обладающего значительным количеством движения.

Эмили. Клин, значит, скорее сложная, чем отдельная механическая сила, поскольку он не приводится в действие простым давлением или весом, как другие силы.

Миссис Б. Это так. Все режущие инструменты сконструированы по принципу наклонной плоскости или клина: те, у которых скошен только один край, как у долота, могут быть отнесены к наклонной плоскости; в то время как топор, секира и нож (когда используются для расщепления) применяются как клинья.

Кэролайн. Но нож режет лучше всего, когда его проводят поперек вещества, которое нужно разделить. Мы используем его так при нарезке мяса, мы не рубим его на куски.

Миссис Б. Причина этого в том, что лезвие ножа на самом деле является очень мелкой пилой, и поэтому действует лучше всего, когда используется как этот инструмент.

Винт, который является последней механической силой, более сложен, чем остальные. Вы увидите по этому рисунку (рис. 9), что он состоит из двух частей: винта и гайки. Винт S — это цилиндр со спиральным выступом, навитым вокруг него, называемым резьбой; гайка N просверлена для приема винта, а внутри гайки есть спиральная канавка, сделанная так, чтобы соответствовать спиральной резьбе винта.

Кэролайн. Это совсем как эта маленькая коробочка, крышка которой навинчивается на коробку, как вы описали; но что это за рукоятка L, которая выступает из гайки?

Миссис Б. Это рычаг, который прикреплен к гайке, без которого винт никогда не используется как механическая сила. Сила винта, какой бы сложной она ни казалась, сводится к одной из самых простых механических сил; как вы думаете, какой именно?

Кэролайн. По внешнему виду он больше всего напоминает колесо и ось.

Миссис Б. Рычаг, это правда, имеет эффект колеса, так как он является средством, с помощью которого вы вращаете гайку, а иногда и винт; но рычаг не считается составляющей частью винта, хотя верно, что он обязательно прикреплен к нему.

Эмили. Спиральная резьба винта напоминает, я думаю, наклонную плоскость: это своего рода склон, с помощью которого гайка поднимается легче, чем если бы ее поднимали перпендикулярно; и он служит для ее поддержки, когда она находится в покое.

Миссис Б. Очень хорошо: если вы вырежете полоску бумаги в форме наклонной плоскости и намотаете ее на карандаш, который будет представлять цилиндр, вы обнаружите, что она образует спиральную линию, соответствующую спиральному выступу винта (рис. 10).

Эмили. Очень верно; гайка тогда поднимается по наклонной плоскости, но поднимается по спирали, а не по прямой линии: чем ближе витки резьбы винта, тем легче подъем: это как иметь пологие ступени вместо крутых для подъема.

Миссис Б. Да; за исключением того, что гайка не делает шагов, постепенно наматываясь вверх или вниз; затем заметьте, что чем ближе витки винта, тем меньше его подъем при вращении и тем больше его сила; так что мы возвращаемся к старому принципу — что сэкономлено в силе, потеряно во времени.

Эмили. Нельзя ли увеличить силу винта также путем удлинения рычага, прикрепленного к гайке?

Миссис Б. Конечно. Винт с добавлением рычага образует очень мощную машину, используемую либо для сжатия, либо для поднятия тяжелых грузов. Он используется переплетчиками для сжатия листов книг вместе; он также используется в прессах для сидра и вина, при чеканке монет и для множества других целей.

Эмили. Прошу вас, миссис Б., по какому правилу вы оцениваете силу винта?

Миссис Б. Путем измерения окружности круга, который конец рычага образовал бы за один полный оборот, и сравнения этого с расстоянием от центра одного витка резьбы винта до центра следующего прилегающего витка; ибо пока рычаг проходит все это расстояние, винт поднимается или опускается только на расстояние от одного витка до другого.

Кэролайн. Мне кажется, что я иногда видела рычаг, прикрепленный к винту, а не к гайке, как это изображено на рисунке.

Миссис Б. Это часто делается, но это ни в коей мере не влияет на силу инструмента.

Все машины состоят из одной или нескольких из этих шести механических сил, которые мы рассмотрели; у меня есть только одно замечание, которое я хочу сделать вам относительно них, а именно, что трение в значительной степени уменьшает их силу: поэтому при конструировании машин всегда необходимо делать на него поправку.

Кэролайн. Под трением вы подразумеваете трение одной части машины о другую, прилегающую к ней часть?

Миссис Б. Да; трение — это сопротивление, с которым сталкиваются тела при трении друг о друга; в природе не существует такой вещи, как идеальная гладкость или ровность; полированные металлы, хотя они и выглядят так больше, чем большинство других тел, далеки от того, чтобы действительно обладать этим; и их неровности часто можно заметить через хорошее увеличительное стекло. Поэтому, когда поверхности двух тел соприкасаются, выступающие части одного часто попадают в углубления другого и создают большее или меньшее сопротивление движению.

Кэролайн. Но если машина сделана из полированного металла, как, например, часы, трение должно быть очень незначительным?

Миссис Б. По мере того как поверхности тел хорошо отполированы, трение, несомненно, уменьшается; но оно всегда значительно, и обычно считается, что оно уничтожает одну треть силы машины. Масло или смазка используются для уменьшения трения: они действуют как полировка, заполняя полости трущихся поверхностей и тем самым заставляя их легче скользить друг по другу.

Кэролайн. Именно по этой причине смазывают колеса, а замки и дверные петли смазывают маслом?

Миссис Б. Да; в этих случаях контакт трущихся поверхностей настолько тесен, и они так постоянно находятся в использовании, что их нужно часто смазывать маслом, иначе возникает значительная степень трения.

Существует два вида трения; первое вызвано трением поверхностей тел друг о друга, второе — качением круглого тела; как, например, качение колеса экипажа по земле: трение, возникающее от первого, гораздо более значительно, ибо требуется большая сила, чтобы позволить скользящему телу преодолеть сопротивление, которое неровности соприкасающихся поверхностей противопоставляют его движению, и оно должно быть либо поднято над ними, либо преодолеть их; в то время как во втором виде трения шероховатые части перекатываются друг через друга с относительной легкостью; вот почему колеса часто используются исключительно для уменьшения сопротивления от трения.

Эмили. Это одно из преимуществ колес экипажа, не так ли?

Миссис Б. Да; и чем больше окружность колеса, тем легче оно может преодолевать значительные препятствия, такие как камни или неровности дороги. Когда при спуске с крутого холма мы закрепляем одно из колес, мы уменьшаем скорость экипажа, увеличивая трение.

Кэролайн. То есть путем преобразования трения качения в трение скольжения. А когда вы прикрепили ролики к ножкам стола, чтобы легче было его передвигать, вы заменили трение скольжения на трение качения.

Миссис Б. Есть еще одно обстоятельство, которое мы уже отмечали как уменьшающее движение тел и которое сильно влияет на силу машин. Это сопротивление среды, в которой работает машина. Все жидкости, будь то упругие, как воздух, или неупругие, как вода и другие жидкости, называются средами; и их сопротивление пропорционально их плотности; ибо чем больше материи содержит тело, тем большее сопротивление оно будет оказывать движению другого тела, ударяющегося о него.

Эмили. Тогда было бы гораздо труднее работать на машине под водой, чем в воздухе?

Миссис Б. Конечно, если бы машина могла работать в вакууме и без трения, она бы не встречала препятствий, но это недостижимо; поэтому необходимо учитывать значительное снижение силы из-за трения и сопротивления среды.

На этом мы закончим наши наблюдения о механических силах. На нашей следующей встрече я постараюсь дать вам объяснение движения небесных тел.

Вопросы

31.(Pg. 62) Describe a pulley, and its use.

32.(Pg. 62) What is meant by a fixed pulley and why is not power gained by its employment? (fig. 1. plate 5.)

33.(Pg. 62) Of what use is the fixed pulley?

34.(Pg. 63) How is the power gained by a moveable pulley, explained by means of fig. 2. plate 5?

35.(Pg. 63) What proportion must the power bear to the weight in fig. 2, that their momentums may be equal?

36.(Pg. 64) What is a fundamental law as respects power and time?

37.(Pg. 64) If to gain power we must lose time, what advantage do we derive from the mechanical powers?

38.(Pg. 64) What name is given to two or more pulleys connected by one string?

39.(Pg. 64) How do we estimate the power gained by a system of pulleys?

40.(Pg. 65) What is represented by fig. 5. plate 5?

41.(Pg. 65) How does the wheel operate in increasing power?

42.(Pg. 65) How is this compared with the lever?

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.

Кэролайн. Верно; я вижу гораздо лучше при свете свечи, которая находится рядом со мной, чем при свете той, что стоит далеко. Но я не понимаю, что заставляет планеты светиться?

Миссис Б. А что заставляет блестеть позолоченные пуговицы на камзоле вашего брата?

Кэролайн. Солнце. Но если бы планеты светились от Солнца, мы видели бы их днем, когда Солнце освещает их; или если бы слабость их света мешала нам видеть их днем, мы не видели бы их вовсе, ведь Солнце не может освещать их ночью.

Миссис Б. В этом вы ошибаетесь. Но чтобы объяснить вам это, я должна сначала познакомить вас с различными движениями планет.

Вы знаете, что согласно законам притяжения все планеты, принадлежащие нашей системе, тяготеют к Солнцу; и что эта сила в сочетании с силой проекции вызывает их обращение вокруг Солнца по орбитам, более или менее эллиптическим, в зависимости от соотношения этих двух сил.

Но у планет есть и другое движение: они вращаются вокруг своей оси. Ось планеты — это воображаемая линия, проходящая через ее центр, вокруг которой она вращается; именно это движение порождает день и ночь. На той стороне планеты, которая обращена к Солнцу, — день, а на противоположной стороне, остающейся в темноте, — ночь. Наша Земля, которую мы рассматриваем как планету, совершает один оборот вокруг своей оси за 24 часа; за этот промежуток времени у нас, следовательно, проходят день и ночь; поэтому это вращение называют суточным движением Земли. Именно это вращение Земли с запада на восток создает кажущееся движение Солнца, Луны и звезд в противоположном направлении.

Давайте теперь представим себя существами, независимыми от какой-либо планеты, путешествующими в небесах и смотрящими на Землю из точки, столь же удаленной от нее, как и от других планет.

Кэролайн. Нам, ее обитателям, было бы не очень лестно видеть, что она выглядит столь незначительно.

Миссис Б. Тем, кто привык созерцать ее в этом свете, она никогда не покажется менее величественной. Наука учит нас не доверять видимости; и вместо того чтобы считать неподвижные звезды и планеты маленькими точками, мы видим в них либо яркие солнца, либо обитаемые миры; и мы рассматриваем все это вместе как одну огромную и великолепную систему, достойную Божественной руки, которой она была создана.

Эмили. Я едва могу постичь идею этой необъятности творения; она кажется слишком возвышенной для нашего воображения — и думать, что благость Провидения распространяется на миллионы миров во всей бескрайней Вселенной... Ах! Миссис Б., это лишь мы становимся ничтожными и незначительными существами в столь великолепном творении!

Миссис Б. Эта мысль должна учить нас смирению, но не порождать уныние. Та же Всемогущая рука, что направляет эти бесчисленные миры по их неизменному пути, с равным совершенством управляет кровью, циркулирующей в венах мухи, и открывает глаз насекомого, чтобы оно могло созерцать Его чудеса. Поэтому, несмотря на этот огромный масштаб творения, нам не стоит бояться, что мы будем забыты или оставлены без внимания.

Но вернемся на нашу позицию в небесах. Мы, если помните, наблюдали Землю с большого расстояния: на вид это маленькая звезда, одна сторона которой освещена Солнцем, а другая находится в тени. Но поверите ли вы, Кэролайн, что многие обитатели этой маленькой звезды воображают, будто, когда та часть, которую они населяют, отвернута от Солнца, тьма воцаряется во всей Вселенной, просто потому, что у них ночь; тогда как в действительности Солнце никогда не перестает светить на каждую планету. Поэтому, когда эти маленькие невежественные существа смотрят вокруг себя ночью и видят сияющие звезды, они не могут понять, почему планеты, будучи темными телами, светятся; заключая, что раз Солнце не освещает их самих, то вся Вселенная должна быть погружена во тьму.

Кэролайн. Признаюсь, я была одной из этих невежественных людей; но теперь я ясно осознаю абсурдность такой мысли. Значит, для обитателей других планет мы должны казаться маленькой звездой?

Миссис Б. Да, для тех, что вращаются вокруг нашего Солнца; поскольку те, что могут принадлежать к другим системам (существование которых лишь гипотетично), невидимы для нас, вполне вероятно, что и мы невидимы для них.

Эмили. Но они могут видеть наше Солнце так же, как мы видим их — как неподвижную звезду?

Миссис Б. Несомненно, если существа, населяющие те планеты, наделены чувствами, подобными нашим. По тому же правилу мы должны казаться луной для обитателей нашей Луны, но в большем масштабе, поскольку поверхность Земли примерно в тринадцать раз больше поверхности Луны.

Эмили. Луна, миссис Б., кажется, движется в ином направлении и иным образом, чем звезды?

Миссис Б. Я отложу объяснение движения Луны до нашей следующей беседы, так как это слишком затянуло бы наш сегодняшний урок.

Вопросы

1.(Pg. 71) What revolution does the earth perform in a year?

2.(Pg. 71) Had the earth received a projectile force only, at the time of its creation, how would it have moved?

3.(Pg. 72) What do the lines A B, and A C, represent in fig. 1. plate 6?

4.(Pg. 72) What have you been taught respecting a body acted upon by two forces at right angles with each other?

5.(Pg. 72) How does the force of gravity change the diagonal into a curved line?

6.(Pg. 72) Describe the operation of the forces of projection and of gravity as illustrated by the parallelograms in the figure?

7.(Pg. 72) What is the law respecting the time required for motion in the diagonal?

8.(Pg. 73) What portion of a year is represented by the three diagonals in the figure?

9.(Pg. 73) How will what you have learned respecting motion in a curve, apply to the earth's motion?

10.(Pg. 73) In what form are you directed to cut a piece of card to aid in illustrating the two forces acting upon the earth?

11.(Pg. 73) How must you apply it to this purpose? (fig. 2. plate 6.)

12.(Pg. 73) If these two forces did not exactly balance each other, what would result?

13.(Pg. 73) Does the earth revolve in a circular orbit?

14.(Pg. 73) What results from its motion in an ellipsis?

15.(Pg. 74) What is represented by the lines A C, A B, in fig. 3. plate 6?

16.(Pg. 74) Were the projectile force to carry the earth from B to D, (fig. 3.) what would result?

17.(Pg. 74) When it has arrived at E, what angle will be formed by the lines representing the two forces?

18.(Pg. 74) What effect will the accelerated motion then produce?

19.(Pg. 75) What is the form of the earth's orbit, and what circumstances produce this form?

20.(Pg. 75) What is the consequence as regards the regularity of the earth's motion?

21.(Pg. 75) What law governs as regards the spaces passed over, and how is this explained by fig. 4. plate 6?

22.(Pg. 75) What is meant by perihelion, and by aphelion?

23.(Pg. 75) What is the difference of the distance of the earth from the sun, in these two points?

24.(Pg. 76) At what season of the year is it nearest to, and at what furthest from the sun?

25.(Pg. 76) What is the mean distance of the earth from the sun?

26.(Pg. 76) Why is but little effect produced, as regards temperature, by the change of distance?

27.(Pg. 76) Has it any influence on the sun's apparent size?

28.(Pg. 76) Are the summer and winter, half years, of the same length; what is their difference, and what is the cause?

29.(Pg. 76) What are the planets?

30.(Pg. 77) What circumstances render it probable that they are habitable globes?

31.(Pg. 77) What is believed respecting the fixed stars?

32.(Pg. 77) What discoveries have been made in the moon?

33.(Pg. 77) What prevents our seeing the planets, if there are any, which revolve round the fixed stars?

34.(Pg. 77) What prevents our seeing the stars and planets in the day-time?

35.(Pg. 78) What other motions have the earth and planets, besides that in their orbits?

36.(Pg. 78) What is the imaginary line called, round which they revolve?

37.(Pg. 78) How does this occasion night and day?

38.(Pg. 78) In what direction does the earth turn upon its axis, and what apparent motion of the sun, moon, and stars is thereby produced?

39.(Pg. 79) What must be the appearance of the earth to an inhabitant of one of the planets?

40.(Pg. 79) What the appearance of the sun to the inhabitants of planets in other systems?

41.(Pg. 79) What the appearance of the earth to an inhabitant of the moon?

БЕСЕДА VII. О ПЛАНЕТАХ.

OF THE SATELLITES OR MOONS. GRAVITY DIMINISHES AS THE SQUARE OF THE DISTANCE. OF THE SOLAR SYSTEM. OF COMETS. CONSTELLATIONS, SIGNS OF THE ZODIAC. OF COPERNICUS, NEWTON, &c.

МИССИС Б.

Планеты делятся на первичные и вторичные. Те, что обращаются непосредственно вокруг Солнца, называются первичными. Многие из них сопровождаются в своем движении меньшими планетами, которые вращаются вокруг них: их называют вторичными планетами, спутниками или лунами. Такова наша Луна, которая сопровождает Землю и движется вместе с ней вокруг Солнца.

Эмили. Как же тогда вы можете согласовать движение вторичных планет с законами гравитации; ведь Солнце гораздо больше любой из первичных планет, а разве сила гравитации не пропорциональна количеству материи?

Кэролайн. Возможно, Солнце, хотя и гораздо больше, менее плотное, чем планеты. Огонь, вы знаете, очень легкий, и он может содержать мало материи, несмотря на огромный объем.

Миссис Б. Мы не знаем, из какого рода материи состоит Солнце; но мы можем быть уверены, что, поскольку оно является общим центром притяжения нашей системы планет, оно должно быть телом, содержащим наибольшее количество материи в этой системе.

Вы должны помнить, что сила притяжения пропорциональна не только количеству материи, но и степени близости притягивающего тела: эта сила ослабевает при рассеивании и уменьшается по мере увеличения расстояния.

Эмили. Тогда, если бы планета потеряла половину своего количества материи, она потеряла бы половину своей притягательной силы; и тот же эффект был бы произведен удалением ее на двойное расстояние от Солнца; это я понимаю.

Миссис Б. Не так совершенно, как вы думаете. Вы правы относительно уменьшения размера, поскольку сила притяжения находится в той же пропорции, что и количество материи; но если бы вы удалили планету на двойное расстояние, она сохранила бы лишь одну четвертую часть своей силы тяготения; ибо притяжение уменьшается не пропорционально простому увеличению расстояния, а по мере увеличения квадратов расстояний.

Кэролайн. Я не совсем понимаю, что подразумевается под квадратами в данном случае, хотя очень хорошо знаю, что обычно понимают под квадратом.

Миссис Б. Под квадратом числа мы понимаем произведение числа, умноженного на само себя; так, два, умноженное на два, дает четыре, что и является квадратом двух; точно так же квадрат трех равен девяти, потому что три, умноженное на три, дает это произведение.

Эмили. Тогда, если одна планета в три раза дальше от Солнца, чем другая, она будет притягиваться с силой, составляющей лишь одну девятую часть; а если на четырехкратном расстоянии — с одной шестнадцатой, так как шестнадцать — это квадрат четырех?

Миссис Б. Вы правы; правило гласит, что сила притяжения находится в обратной пропорции к квадрату расстояния. И математически легко доказать, что то же самое происходит с любой силой, исходящей из центра; например, свет от Солнца или любого другого светящегося тела уменьшается в своей интенсивности с той же скоростью.

Кэролайн. Значит, более далекие планеты движутся по своим орбитам гораздо медленнее; ведь их сила проекции должна быть соразмерна силе притяжения? Но я не понимаю, как это объясняет движение вторичных планет вокруг первичных, а не вокруг Солнца?

Эмили. Не потому ли, что близость первичных планет делает их притяжение сильнее, чем притяжение Солнца?

Миссис Б. Совершенно верно. Но поскольку притяжение между телами взаимно, первичные планеты также притягиваются спутниками, которые вращаются вокруг них. Луна притягивает Землю, так же как Земля — Луну; но поскольку последняя является меньшим телом, ее притяжение пропорционально меньше; поэтому ни Земля не вращается вокруг Луны, ни Луна вокруг Земли, но обе они вращаются вокруг точки, которая является их общим центром тяжести и которая находится настолько ближе к Земле, чем к Луне, насколько гравитация первой превышает гравитацию второй.

Эмили. Да, я помню, как вы говорили, что если два тела скрепить проволокой или стержнем, их общий центр тяжести будет находиться посередине стержня, при условии, что тела равны по весу; а если они различаются по весу, он будет ближе к более крупному телу. Если бы тогда Земля и Луна не обладали силой проекции, которая мешает их взаимному притяжению сблизить их, они встретились бы в своем общем центре тяжести.

Кэролайн. Значит, Земля совершает большое разнообразие движений: она вращается вокруг Солнца, вокруг своей оси и вокруг точки, к которой ее притягивает Луна.

Миссис Б. Именно так; и это относится к каждой планете, сопровождаемой спутниками. Сложный эффект этого разнообразия движений порождает определенные нерегулярности, которые, однако, нет необходимости рассматривать в данный момент, за исключением того, что они в конечном итоге исправляют друг друга, так что никакого постоянного расстройства не существует.

Планеты воздействуют на Солнце так же, как на них самих воздействуют их спутники; ибо притяжение, вы должны помнить, всегда взаимно; но гравитация планет (даже если взять их все вместе) настолько ничтожна по сравнению с гравитацией Солнца, что, если бы они все были помещены на одной стороне этого светила, они не заставили бы его сдвинуться даже на половину своего диаметра по направлению к ним, и общий центр тяжести по-прежнему оставался бы внутри тела Солнца. Поэтому планеты вращаются не вокруг центра Солнца, а вокруг точки на небольшом расстоянии от его центра, вокруг которой вращается и само Солнце.

Эмили. Я думала, что Солнце неподвижно?

Миссис Б. Вы ошибались; ибо, помимо движения вокруг общего центра тяжести, о котором я только что упомянула и которое действительно весьма незначительно, оно вращается вокруг своей оси примерно за 25 дней; это движение устанавливается путем наблюдения за определенными пятнами, которые регулярно исчезают и появляются вновь в установленное время.

Plate vii.

Кэролайн. Мне часто указывали на планету на небе, но я не могла заметить, чтобы ее движение отличалось от движения неподвижных звезд, которые лишь кажутся движущимися.

Миссис Б. Огромное расстояние до планет делает их кажущееся движение столь медленным, что глаз не замечает их продвижения по орбитам, если мы не наблюдаем за ними в течение довольно долгого времени. Но если вы заметите близость планеты к какой-либо конкретной неподвижной звезде, то через несколько ночей сможете заметить, что она изменила свое расстояние от нее, в то время как сами звезды всегда сохраняют свое относительное положение. Самое точное представление о положении и движении планет по их орбитам я могу дать вам при изучении этой диаграммы (таблица 7, рис. 1), представляющей солнечную систему, на которой вы найдете каждую планету с начертанной орбитой.

Эмили. Но орбиты здесь все круговые, а вы сказали, что они эллиптические. Планеты также, кажется, движутся вокруг центра Солнца, в то время как вы говорили нам, что они движутся вокруг точки на небольшом расстоянии от него.

Миссис Б. Орбиты планет настолько близки к круговым, а общий центр тяжести солнечной системы настолько близок к центру Солнца, что эти отклонения слишком малы, чтобы их можно было изобразить. Размеры планет в их пропорции друг к другу вы найдете на рис. 2.

Меркурий — планета, ближайшая к Солнцу; его орбита, следовательно, находится внутри нашей; близость к Солнцу мешает нам часто видеть его, поэтому очень точные наблюдения за Меркурием провести невозможно. Он совершает свой оборот вокруг Солнца примерно за 87 дней, что, следовательно, является продолжительностью его года. Время его вращения вокруг своей оси неизвестно; его расстояние от Солнца исчисляется в 37 миллионов миль, а диаметр — в 3180 миль. Предполагается, что жара на этой планете настолько велика, что вода не может существовать там иначе как в состоянии пара, и что даже ртуть там закипает.

Кэролайн. О, какой ужасный климат!

Миссис Б. Хотя мы не смогли бы там жить, он может быть идеально приспособлен для других существ, предназначенных для обитания там; или Тот, кто создал его, мог так изменить жару с помощью условий, о которых мы не знаем, что сделал ее пригодной для жизни даже для нас самих.

Венера, следующая в порядке планет, находится на расстоянии 68 миллионов миль от Солнца: она вращается вокруг своей оси за 23 часа 21 минуту и обходит Солнце за 244 дня 17 часов. Орбита Венеры также находится внутри нашей; в течение почти половины ее пути по ней мы видим ее перед восходом Солнца, и тогда ее называют утренней звездой; в другой части своей орбиты она восходит позже Солнца.

Кэролайн. В таком случае мы не можем ее видеть, ведь она должна восходить днем?

Миссис Б. Верно; но когда она восходит позже Солнца, она также и заходит позже; так что мы замечаем, как она приближается к горизонту после заката: тогда ее называют Геспер, или вечерняя звезда. Помните ли вы те прекрасные строки Мильтона?

Now came still evening on, and twilight gray
Had in her sober livery all things clad;
Silence accompanied; for beast and bird,
They to their grassy couch, these to their nests
Were slunk, all but the wakeful nightingale;
She all night long her amorous descant sung;
Silence was pleas'd; now glowed the firmament
With living sapphires. Hesperus that led
The starry host, rode brightest, till the moon
Rising in clouded majesty, at length
Apparent queen unveil'd her peerless light,
And o'er the dark her silver mantle threw.

Планета, следующая за Венерой, — Земля, о которой мы скоро поговорим подробно. Сейчас я лишь замечу, что мы находимся на расстоянии 95 миллионов миль от Солнца, что мы совершаем свой годовой оборот за 365 дней 5 часов 49 минут и сопровождаемся в своем пути одной луной.

Далее следует Марс. Он никогда не может оказаться между нами и Солнцем, как Меркурий и Венера; однако его движение очень заметно, так как его можно проследить в разных положениях на небе; его расстояние от Солнца составляет 144 миллиона миль; он вращается вокруг своей оси за 24 часа 39 минут; и совершает свой годовой оборот примерно за 687 наших дней: его диаметр составляет 4120 миль. Затем следуют четыре очень маленькие планеты: Юнона, Церера, Паллада и Веста, которые были недавно открыты, но чьи размеры и расстояния от Солнца не были установлены очень точно. Их обычно называют астероидами.

Юпитер — следующий по порядку: это самая большая из всех планет. Он находится на расстоянии около 490 миллионов миль от Солнца и завершает свой годовой период почти за 12 наших лет. Он вращается вокруг своей оси примерно за десять часов. Он более чем в 1200 раз больше нашей Земли; его диаметр составляет 86 000 миль. Соответствующие пропорции планет, следовательно, как вы видите, не могут быть удобно изображены на диаграмме. Его сопровождают четыре луны.

Следующая планета — Сатурн, расстояние которого от Солнца составляет около 900 миллионов миль; его суточное вращение совершается за 10 часов с четвертью; его годовой оборот составляет почти 30 наших лет. Его диаметр — 79 000 миль. Эта планета окружена светящимся кольцом, природу которого астрономы затрудняются определить; у него семь лун. Наконец, мы наблюдаем планету Гершель, открытую доктором Гершелем, которым она была названа Георгиевой звездой, и которая сопровождается шестью лунами.

Кэролайн. Как должно быть прелестно на далеких планетах видеть несколько лун, сияющих одновременно; думаю, я хотела бы быть обитателем Юпитера или Сатурна.

Миссис Б. Недолго, полагаю. Подумайте, какой сильный холод должен царить на планете, расположенной, как Сатурн, почти в десять раз дальше от Солнца, чем мы. К тому же его многочисленные луны далеко не так великолепны, как наша; ибо они могут отражать только тот свет, который получают от Солнца; а и свет, и тепло уменьшаются в той же пропорции к расстоянию, что и гравитация. Можете ли вы теперь сказать мне, во сколько раз больше света мы получаем, чем Сатурн?

Кэролайн. Квадрат десяти равен ста; следовательно, у Сатурна в сто раз меньше — или, чтобы ответить на ваш вопрос точно, мы получаем в сто раз больше света и тепла, чем Сатурн — это, конечно, не усиливает мое желание стать одним из тех бедняг, что населяют эту планету.

Миссис Б. Не могут ли обитатели Меркурия с таким же основанием жалеть нас из-за невыносимого холода нашего положения, а обитатели Юпитера и Сатурна — из-за нашей нестерпимой жары? Всемогущая сила, создавшая эти планеты и поместившая их на соответствующие орбиты, несомненно, населила их существами, чьи тела приспособлены к различным температурам и элементам, в которых они находятся. Если мы будем судить по аналогии с нашей собственной Землей или по великой и всеобщей благости Провидения, мы должны прийти к такому заключению.

Кэролайн. Разве кометы в некотором отношении не похожи на планеты?

Миссис Б. Да, похожи; ибо по их появлению в установленное время известно, что они вращаются вокруг Солнца; но по орбитам настолько эксцентричным, что они исчезают на много лет. Если они обитаемы, то существами, очень отличающимися не только от обитателей этой, но и любой другой планеты, так как они должны испытывать величайшие превращения жары и холода; одна часть их орбиты находится так близко к Солнцу, что их жара, когда они там, по расчетам, выше, чем у раскаленного железа; в этой части своей орбиты комета испускает светящийся пар, называемый хвостом, который она постепенно теряет, удаляясь от Солнца; и сама комета полностью исчезает из нашего поля зрения в более отдаленных частях своей орбиты, которая простирается значительно дальше орбиты самой дальней планеты.

Количество комет, принадлежащих нашей системе, невозможно установить, так как некоторым из них требуются столетия, прежде чем они появятся вновь. Число тех, что известны по своему регулярному появлению, я полагаю, составляет всего три, хотя общее их число весьма значительно.

Эмили. Скажите, миссис Б., что такое созвездия?

Миссис Б. Это неподвижные звезды, которые древние, чтобы распознавать их, объединили в группы и дали им названия фигур, которые вы найдете начертанными на небесном глобусе. Чтобы показать их правильное положение на небе, их следовало бы нарисовать на внутренней поверхности полой сферы, из центра которой вы должны были бы их рассматривать; тогда вы увидели бы их так, как они кажутся расположенными на небе. Двенадцать созвездий, называемых знаками зодиака, — это те, которые расположены так, что Земля при своем годовом обращении проходит прямо между ними и Солнцем. Их названия: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей, Рыбы; все они занимают полный круг, или широкий пояс, на небе, называемый зодиаком (таблица 8, рис. 1). Следовательно, прямая линия, проведенная от Земли и проходящая через Солнце, достигла бы одного из этих созвездий, и говорят, что Солнце находится в том созвездии, в котором заканчивается эта линия: так, когда Земля находится в точке А, Солнце кажется находящимся в созвездии или знаке Овна; когда Земля в точке B, Солнце кажется в Раке; когда Земля в точке C, Солнце — в Весах; а когда Земля в точке D, Солнце — в Козероге. Вы понимаете, что именно реальное движение Земли по своей орбите придает Солнцу это кажущееся движение через знаки. Этот круг, по которому Солнце таким образом кажется движущимся и который проходит через середину зодиака, называется эклиптикой.

Кэролайн. Но многие звезды в этих созвездиях кажутся находящимися за пределами зодиака.

Plate viii.

Миссис Б. У нас нет средств определить расстояние до неподвижных звезд. Поэтому, когда говорят, что они находятся в зодиаке, это лишь подразумевает, что они расположены в том направлении и что они светят нам через ту часть небес, которую мы называем зодиаком.

Эмили. Но разве те большие яркие звезды, которые называют звездами первой величины, не ближе к нам, чем те маленькие, которые мы едва можем различить?

Миссис Б. Может быть и так; или разница в размере и яркости звезд может происходить от их различия в размерах; это вопрос, который астрономы не в состоянии определить. Рассматривая их как солнца, я не вижу причин, почему разные солнца не должны различаться по размерам, так же как и принадлежащие им планеты.

Эмили. Какая удивительная и прекрасная система, и как поразительно думать, что каждую неподвижную звезду, вероятно, сопровождает подобная вереница планет!

Кэролайн. Вы обвините меня в излишней недоверчивости, но я не могу не испытывать некоторые сомнения и не опасаться, что в этой системе больше красоты, чем истины. Конечно, это может быть так; но мне не кажется, что существует достаточно доказательств, чтобы подтвердить это. Кажется таким простым и очевидным, что Земля неподвижна, а Солнце и звезды вращаются вокруг нее — ваша солнечная система, вы должны признать, прямо противоречит свидетельству наших чувств.

Миссис Б. Наши чувства так часто вводят нас в заблуждение, что мы не должны полагаться на них безоговорочно.

Кэролайн. На что же тогда мы можем полагаться, ведь разве мы не получаем все наши идеи через посредство наших чувств?

Миссис Б. Верно, что они являются нашим первичным источником знаний; но разум обладает способностью размышлять, судить и принимать решения относительно идей, полученных органами чувств. Эта способность, которую мы называем разумом, часто доказывала нам, что наши чувства склонны ошибаться. Если вы когда-нибудь плавали по воде при очень ровном ветре, вы, должно быть, видели, как дома, деревья и все объекты на берегу движутся, пока вы плыли.

Кэролайн. Я помню, что думала так, когда была совсем маленькой; но теперь я знаю, что их движение лишь кажущееся. Верно, что мой разум в этом случае исправляет ошибку моего зрения.

Миссис Б. Он учит вас, что кажущееся движение объектов на берегу происходит от того, что вы сами движетесь, и что вы не чувствуете собственного движения, потому что не встречаете никакого сопротивления. Только когда какое-то препятствие мешает нашему движению, мы осознаем, что движемся; и если бы вы закрыли глаза, когда плыли по спокойной воде при ровном ветре, вы бы не почувствовали, что движетесь, ибо вы не могли бы этого ощутить, а могли бы увидеть лишь наблюдая за изменением места объектов на берегу. Так же обстоит дело и с движением Земли: все на ее поверхности и воздух, окружающий ее, сопровождают ее в ее обращении; она не встречает никакого сопротивления: поэтому, подобно экипажу судна, плывущего при попутном ветре в спокойном море, мы не чувствуем своего движения.

Кэролайн. Но главная причина, по которой экипаж судна в спокойном море не чувствует своего движения, заключается в том, что они движутся чрезвычайно медленно, в то время как Земля, по вашим словам, вращается с огромной скоростью.

Миссис Б. Экипаж судна не чувствует своего движения не потому, что они движутся медленно, а потому, что они движутся равномерно и не встречают никаких нерегулярных сопротивлений; они были бы столь же нечувствительны к нему и при сильнейшем ветре, при условии, что он был бы ровным, что они плыли бы по ветру и что он не волновал бы воду; но последнее условие, вы знаете, невозможно, ибо ветер всегда будет создавать волны, которые оказывают большее или меньшее сопротивление судну, и тогда движение становится ощутимым, потому что оно неравномерно.

Кэролайн. Но, допустим это, у экипажа судна есть доказательство своего движения, которого не могут иметь обитатели Земли — кажущееся движение объектов на берегу или то, что они переместились из одного места в другое.

Миссис Б. Разве у нас нет подобного доказательства движения Земли в кажущемся движении Солнца и звезд? Представьте, что Земля плывет вокруг своей оси и последовательно проходит мимо каждой звезды, которые, подобно объектам на суше, мы считаем движущимися, а не нас самих. Я слышала, как один воздушный путешественник на аэростате заметил, что Земля кажется опускающейся под аэростат, вместо того чтобы аэростат поднимался над Землей.

Это закон, который мы обнаруживаем во всей природе и который достоин ее великого Автора, что все ее цели достигаются самыми простыми средствами; и с какой стати нам предполагать, что этот закон нарушен, чтобы мы могли оставаться в покое, пока Солнце и звезды движутся вокруг нас? Их регулярные движения, которые объясняются законами притяжения в первом предположении, были бы непостижимы в последнем, и порядок и гармония Вселенной были бы разрушены. Подумайте, какой огромный путь совершали бы ежедневно Солнце и звезды, если бы их кажущиеся движения были реальными. Мы знаем, что многие из них — тела более значительные, чем наша Земля; ибо наши глаза тщетно пытаются убедить нас, что они — маленькие бриллианты, сверкающие на небесах, в то время как наука учит нас, что это огромные сферы, чьи видимые размеры уменьшены расстоянием. Почему же тогда эти огромные шары должны ежедневно преодолевать такое чудовищное пространство только для того, чтобы избежать необходимости вращения нашей Земли вокруг своей оси?

Кэролайн. Думаю, теперь я должна быть убеждена. Но вы, надеюсь, дадите мне немного времени, чтобы освоиться с идеей, столь отличной от той, к которой я привыкла. И скажите, с какой скоростью мы движемся?

Миссис Б. Движение, вызванное вращением Земли вокруг своей оси, составляет около семнадцати миль в минуту для обитателя экватора.

Эмили. Но разве каждая часть Земли не движется с одинаковой скоростью?

Миссис Б. Мгновение размышления убедило бы вас в обратном: человек на экваторе должен двигаться быстрее, чем тот, кто находится вблизи полюсов, поскольку оба они совершают оборот за 24 часа.

Эмили. Верно, экватор дальше всего от оси вращения. Но при обращении Земли вокруг Солнца каждая часть должна двигаться с равной скоростью?

Миссис Б. Да, около тысячи миль в минуту.

Кэролайн. Как поразительно! — и что для нас возможно быть нечувствительными к такому быстрому движению. Вы не хотели говорить мне это раньше, миссис Б., из страха усилить мое недоверие.

До времен Ньютона разве Земля не считалась находящейся в центре системы, а Солнце, Луна и звезды — вращающимися вокруг нее?

Миссис Б. Это была система Птолемея в древние времена; но еще в начале шестнадцатого века она была в основном отброшена, и солнечная система, подобную которой я вам показала, была установлена знаменитым астрономом Коперником и поэтому называется Коперниканской системой. Но теорией гравитации, источником, из которого проистекает это прекрасное и гармоничное устройство, мы обязаны мощному гению Ньютона, который жил гораздо позже и который доказал ее истинность.

Эмили. Действительно, кажется гораздо менее трудным проследить путем наблюдения движение планет, чем угадать, какой силой они движимы и направляемы. Интересно, как идея гравитации могла впервые прийти в голову сэру Исааку Ньютону?

Миссис Б. Говорят, что это было вызвано обстоятельством, от которого меньше всего можно было ожидать возникновения столь грандиозной теории.

Во время свирепствования чумы в 1665 году Ньютон удалился в деревню, чтобы избежать заражения: однажды, сидя в саду, он наблюдал, как яблоко падает с дерева, и это навело его на размышление о том, что может быть причиной, которая притягивает его к земле.

Кэролайн. Если бы я осмелилась признаться, миссис Б., я бы сказала, что такой вопрос указывает скорее на недостаток, чем на превосходство интеллекта. Я не понимаю, как можно удивляться тому, что так естественно и так обычно.

Миссис Б. Признак превосходного гения — находить повод для удивления, наблюдения и исследования в обстоятельствах, которые обычному уму кажутся тривиальными, потому что они обычны; и которыми они довольствуются, потому что они естественны; не задумываясь о том, что природа — наше великое поле для наблюдений, что в ней содержится весь наш запас знаний; одним словом, что изучать дела природы — значит учиться ценить и восхищаться мудростью Божьей. Таким образом, именно простое обстоятельство падения яблока привело к открытию законов, на которых основана Коперниканская система; и каким бы доверием эта система ни пользовалась раньше, теперь она покоится на основе, которую невозможно поколебать.

Эмили. Это было самое счастливое яблоко, и более достойное того, чтобы его воспели, чем все те, о которых пели поэты. Яблоко раздора, из-за которого спорили богини; золотые яблоки, с помощью которых Аталанта выиграла забег; нет, даже яблоко, которое Вильгельм Телль сбил с головы своего сына, не может сравниться с этим!

Вопросы

1.(Pg. 80) Into what two classes are the planets divided, and how are they distinguished?

2.(Pg. 80) By what reasoning do you prove that the sun contains a greater quantity of matter than any other body in the system?

3.(Pg. 81) What two circumstances govern the force with which bodies attract each other?

4.(Pg. 81) Were a planet removed to double its former distance from the sun, what would be the effect upon its attractive force?

5.(Pg. 81) Why would it be reduced to one-fourth?

6.(Pg. 81) What is meant by the square of a number, and what examples can you give?

7.(Pg. 81) What then would be the effect of removing it to three, or four times its former distance?

8.(Pg. 81) How is the rule upon this subject expressed?

9.(Pg. 81) Does this apply to any power excepting gravitation?

10.(Pg. 81) How is it that a secondary planet revolves round its primary, and is not drawn off by the sun?

11.(Pg. 82) What is said respecting the revolution of the moon, and of the earth, round a common centre of gravity?

12.(Pg. 82) By what law in mechanics is this explained?

13.(Pg. 82) What motions then has the earth, and are these remarks confined to it alone?

14.(Pg. 82) What effect have the planets upon the sun, and what is said of the common centre of gravity of the system?

15.(Pg. 83) What other motion has the sun, and how is it proved?

16.(Pg. 83) How may you observe the motion of a planet, by means of a fixed star?

17.(Pg. 83) What is represented by fig. 1. plate 7?

18.(Pg. 83) Why are the orbits represented as circular?

19.(Pg. 83) In what order do the planets increase in size as represented, fig. 2. plate 7?

20.(Pg. 83) What are we told respecting Mercury?

21.(Pg. 84) What respecting Venus?

22.(Pg. 84) When does Venus become a morning, and when an evening star?

23.(Pg. 84) What is said of the Earth?

24.(Pg. 84) What of Mars?

25.(Pg. 84) What four small planets follow next?

26.(Pg. 85) What is said of Jupiter?

27.(Pg. 85) What of Saturn?

28.(Pg. 85) What of Herschel?

29.(Pg. 85) Why do we conclude that the moons of Saturn afford less light than ours?

30.(Pg. 85) In what proportion will the light and heat at Saturn be diminished, and why?

31.(Pg. 86) What do the comets resemble, and what is remarkable in their orbits?

32.(Pg. 86) What is said of the number of comets?

33.(Pg. 86) What is a constellation?

34.(Pg. 86) How are the twelve constellations, or signs, called the zodiac, situated?

35.(Pg. 86) Name them.

36.(Pg. 86) What is meant by the sun being in a sign?

37.(Pg. 86) What causes the apparent change of the sun's place?

38.(Pg. 87) The stars appear of different magnitudes, by what may this be caused?

39.(Pg. 87) We are not sensible of the motion of the earth; what fact is mentioned to illustrate this point?

40.(Pg. 87) What does this teach us?

41.(Pg. 88) Would the slowness, or the rapidity of the motion, if steady, produce any sensible difference?

42.(Pg. 88) If we do not feel the motion of the earth, how may we be convinced of its reality?

43.(Pg. 89) Were we to deny the motion of the earth upon its axis, what must we admit respecting the heavenly bodies?

44.(Pg. 89) What distance is an inhabitant on the equator carried in a minute by the diurnal motion of the earth?

45.(Pg. 89) Why is not the velocity every where equally great?

46.(Pg. 89) What distance does the earth travel in a minute, in its revolution round the sun?

47.(Pg. 89) What was formerly supposed respecting the motion of all the heavenly bodies?

48.(Pg. 89) What do we mean by the Copernican system, and what is said respecting Copernicus and Newton?

49.(Pg. 90) What circumstance is said to have given rise to the speculations of Newton, on the subject of gravitation?

БЕСЕДА VIII. О ЗЕМЛЕ.

OF THE TERRESTRIAL GLOBE. OF THE FIGURE OF THE EARTH. OF THE PENDULUM. OF THE VARIATION OF THE SEASONS, AND OF THE LENGTH OF DAYS AND NIGHTS. OF THE CAUSES OF THE HEAT OF SUMMER. OF SOLAR, SIDERIAL, AND EQUAL OR MEAN TIME.

МИССИС Б.

Поскольку Земля — это планета, в которой мы наиболее заинтересованы, я намерена сегодня утром объяснить вам эффекты, возникающие в результате ее годового и суточного движений; но для этой цели необходимо будет познакомить вас с земным глобусом: я полагаю, никто из вас не изучал использование глобусов?

Кэролайн. Нет; однажды я, правда, выучила наизусть названия линий, отмеченных на глобусе, но, поскольку мне сказали, что это лишь воображаемые деления, они не показались мне достойными большого внимания и вскоре были забыты.

Миссис Б. Вы полагали, значит, что астрономы взяли на себя труд изобрести множество линий без особой цели. Мне будет невозможно объяснить вам конкретные эффекты движения Земли, если вы не приобретете знания об этих линиях: в таблице 8, рис. 2, вы найдете их все начертанными, и вы должны выучить их в совершенстве, если хотите достичь каких-либо успехов в астрономии.

Кэролайн. Меня учили им в столь раннем возрасте, что я не могла понять их значения; а я часто слышала, как вы говорили, что единственное назначение слов — передавать идеи.

Миссис Б. Знание этих линий передало бы некоторое представление о том, как они были предназначены для разделения глобуса на части; хотя использование этих делений, возможно, в то время было слишком трудным для вашего понимания. Детство — это пора, когда впечатления на память накладываются наиболее сильно и легко: это период, когда следует накапливать большой запас терминов, точное применение которых мы можем изучить, когда понимание станет более развитым. Я думаю, это очень ошибочное мнение, что детей следует учить только тому, что они могут полностью понять. Если бы вы рано познакомились с терминами, которые относятся к фигуре и движению, как бы это облегчило ваш прогресс в натурфилософии. Я была вынуждена ограничиться самыми обычными и знакомыми выражениями при объяснении законов природы; хотя я убеждена, что соответствующие научные термины могли бы передать более точные и верные идеи, если бы вы были готовы их понять.

Эмили. Вы можете рассчитывать на то, что мы тщательно выучим названия этих линий, миссис Б.; но прежде чем мы заучим их наизусть, не будете ли вы так добры объяснить их нам?

Миссис Б. С величайшей охотой. Эта фигура глобуса, или сферы, представляет Землю; линия, проходящая через ее центр, вокруг которой она вращается, называется ее осью, а две оконечности оси A и B — полюсами, различаемыми по названиям северного и южного полюса. Круг CD, который делит глобус на две равные части между полюсами и равноудален от них, называется экватором, или равноденственной линией; та часть глобуса к северу от экватора — северное полушарие; та часть к югу от экватора — южное полушарие. Маленький круг EF, окружающий северный полюс, называется арктическим кругом; тот, GH, который окружает южный полюс, — антарктическим кругом; их также называют полярными кругами. Существуют два круга, промежуточные между полярными кругами и экватором; тот, что к северу, IK, называется тропиком Рака; тот, что к югу, LM, — тропиком Козерога. Наконец, этот круг, LK, который делит глобус на две равные части, пересекая экватор и простираясь на север до тропика Рака, а на юг — до тропика Козерога, называется эклиптикой. Изображение эклиптики на земном глобусе не лишено опасности вызвать ложные представления; ибо эклиптика (как я уже говорила) — это воображаемый круг на небесах, проходящий через середину зодиака и расположенный в плоскости орбиты Земли.

Кэролайн. Я не понимаю значения плоскости орбиты Земли.

Миссис Б. Плоскость — это ровная плоская поверхность. Если бы вы согнули кусок проволоки, чтобы образовать обруч, вы могли бы затем натянуть кусок ткани или бумаги поверх него, как на барабан; это образовало бы плоскую поверхность, которую можно было бы назвать плоскостью обруча. Теперь орбита Земли — это воображаемый круг, окружающий Солнце, и вы можете легко представить плоскость, простирающуюся от одной стороны этого круга до другой, заполняющую всю его площадь: такая плоскость проходила бы через центр Солнца, деля его на полушария. Вы можете затем представить эту плоскость, расширенную за пределы орбиты Земли со всех сторон, пока она не достигнет тех неподвижных звезд, которые образуют знаки зодиака; проходя через середину этих знаков, она дала бы вам местоположение того воображаемого круга на небесах, называемого эклиптикой, который является кажущимся путем Солнца. Пусть рис. 1, таблица 9 представляет такую плоскость, S — Солнце, E — Земля с ее орбитой, а ABCD — эклиптику, проходящую через середину зодиака.

Plate ix.

Эмили. Если эклиптика относится только к небесам, почему она изображена на земном глобусе?

Миссис Б. Это удобно для демонстрации множества задач при использовании глобусов; кроме того, наклон этого круга к экватору становится более заметным, когда он изображен на том же глобусе; а наклон эклиптики показывает, насколько ось Земли наклонена к плоскости ее орбиты. Но вернемся к рис. 2, таблица 8.

Пространства между несколькими параллельными кругами на земном глобусе называются зонами: та, что заключена между тропиками, выделяется названием жаркого пояса; пространства, которые простираются от тропиков до полярных кругов, — северный и южный умеренные пояса; а пространства, заключенные внутри полярных кругов, — холодные пояса. Под термином зона подразумевается пояс или опоясывание; холодные пояса, однако, — это не пояса, а круги, простирающиеся на 23 1/2 градуса от своих центров, полюсов.

Несколько линий, которые, как вы замечаете, проведены от одного полюса к другому, пересекая экватор под прямыми углами, называются меридианами; число их неограниченно, так как линия, проходящая через любое место прямо к полюсам, называется меридианом этого места. Когда любой из этих меридианов находится точно напротив Солнца, наступает полдень, или двенадцать часов дня, во всех местах, расположенных где-либо на этом меридиане; а в местах, расположенных на противоположном меридиане, следовательно, полночь.

Эмили. В местах, расположенных на равном расстоянии от этих двух меридианов, должно быть тогда шесть часов.

Миссис Б. Да; если они находятся к востоку от меридиана Солнца, то сейчас шесть часов вечера, потому что они уже прошли Солнце; если к западу, то сейчас шесть часов утра, и этот меридиан будет приближаться к Солнцу.

Те круги, которые делят глобус на две равные части, такие как экватор и эклиптика, называются большими кругами; чтобы отличить их от тех, которые делят его на две неравные части, как тропики и полярные круги, которые называются малыми кругами. Все круги, вы знаете, воображаются разделенными на 360 равных частей, называемых градусами, а градусы, в свою очередь, делятся на 60 равных частей, называемых минутами. Диаметр круга — это прямая линия, проведенная поперек него и проходящая через его центр; если бы вы, например, измерили поперек этого круглого стола, это дало бы вам его диаметр; но если бы вы измерили весь край его, вы получили бы его окружность.

Теперь, Эмили, не могли бы вы сказать мне, сколько именно градусов содержится в меридиане?

Эмили. Меридиан, проходящий от одного полюса до другого, представляет собой половину круга и, следовательно, должен содержать 180 градусов.

Миссис Б. Очень хорошо; а сколько градусов от экватора до одного из полюсов?

Кэролайн. Поскольку экватор равноудален от обоих полюсов, это расстояние должно составлять половину меридиана, или четверть окружности круга, и содержать 90 градусов.

Миссис Б. Помимо обычного деления кругов на градусы, эклиптика делится на двенадцать равных частей, называемых знаками, которые носят названия созвездий, через которые этот круг проходит на небе. Градусы, отсчитываемые по меридианам от экватора к северу или к югу, называются градусами широты, которых может быть 90; те, что отсчитываются с востока на запад по экватору или любому из меньших кругов, называются градусами долготы, которых может быть 180; эти меньшие круги также называются параллелями широты. Таких параллелей может быть любое количество; круг, проведенный с востока на запад на любом расстоянии от экватора, всегда будет параллелен ему и поэтому называется параллелью широты.

Эмили. Значит, длина градусов долготы должна варьироваться в зависимости от размеров круга, на котором они отсчитываются; например, у полярных кругов они будут значительно меньше, чем на экваторе?

Миссис Б. Безусловно; поскольку количество градусов в кругах разного размера не меняется, их длина неизбежно должна варьироваться. Градусы широты, как вы можете заметить, никогда не меняются в длине, ибо меридианы, по которым они отсчитываются, все одного размера.

Эмили. А какова длина градуса широты?

Миссис Б. Шестьдесят географических миль, что равно 69 1/2 английским уставным милям, или примерно на одну шестую больше обычной мили.

Эмили. Тогда градусы долготы на экваторе должны быть того же размера, что и градус широты.

Миссис Б. Так бы оно и было, если бы Земля была идеальной сферой; но это не совсем так, поскольку она несколько выпукла у экватора и сплюснута у полюсов. Эта форма обусловлена более сильным действием центробежной силы на экваторе, и, поскольку это расширяет круг, это должно в той же пропорции увеличивать длину градусов долготы, измеренных на нем.

Кэролайн. Мне казалось, что я полностью поняла центробежную силу, но я не постигаю ее эффектов в данном случае.

Миссис Б. Вы знаете, что вращение Земли вокруг своей оси должно придавать каждой частице стремление оторваться от центра, и что это стремление сильнее или слабее в зависимости от скорости, с которой движется частица; теперь, частица, расположенная вблизи одного из полюсов, совершает один оборот за то же время, что и частица на экваторе; последняя, следовательно, описывает гораздо больший круг и движется пропорционально быстрее, вследствие чего центробежная сила на экваторе гораздо сильнее, чем в полярных областях: она постепенно уменьшается по мере удаления от экватора к полюсам, в точках которых центробежная сила полностью исчезает. Предполагая, таким образом, что Земля изначально находилась в жидком состоянии, частицы в жарком поясе должны были отступить гораздо дальше от центра, чем частицы в холодных поясах; таким образом, полярные области стали сплюснутыми, а области вокруг экватора — возвышенными.

Поскольку большая часть Земли покрыта водой, Творец придал ей форму, называемую сплюснутым сфероидом, иначе полярные области остались бы без воды, а области вокруг экватора оказались бы погребены на несколько миль ниже поверхности океана.

Кэролайн. Я не учла, что частицы в окрестностях экватора движутся с большей скоростью, чем частицы у полюсов; вот почему я не могла вас понять.

Миссис Б. Вы должны внимательно помнить, что те части тела, которые находятся дальше всего от центра движения, должны двигаться с наибольшей скоростью: ось Земли является центром ее суточного движения, а экваториальные области — частями, наиболее удаленными от оси.

Кэролайн. Значит, моя голова движется быстрее, чем мои ноги; и на вершине горы мы движемся быстрее, чем в долине?

Миссис Б. Безусловно; ваша голова дальше от центра движения, чем ваши ноги; вершина горы — чем долина; и чем дальше какая-либо часть тела находится от центра движения, тем больше круг, который она описывает, и, следовательно, тем выше должна быть ее скорость.

Эмили. Я размышляла о том, что если Земля не является идеальным кругом...

Миссис Б. Сферой, дорогая моя: круг — это круглая линия, каждая часть которой равноудалена от центра; сфера или шар — это круглое тело, поверхность которого везде равноудалена от центра.

Эмили. Если, таким образом, Земля не является идеальной сферой, а выпукла у экватора и сплюснута у полюсов, не будет ли тело весить больше на экваторе, чем на полюсах? Ведь поскольку Земля толще на экваторе, притяжение гравитации перпендикулярно вниз должно быть сильнее.

Миссис Б. В ваших рассуждениях есть доля правдоподобия, но я с сожалением должна добавить, что они совершенно ошибочны; ибо чем ближе любая часть поверхности тела к центру притяжения, тем сильнее она притягивается, потому что она тогда ближе ко всей массе притягивающего вещества. Что касается эффектов, вы можете рассматривать всю силу гравитации как сосредоточенную в центре притяжения.

Эмили. Но если бы вы проникли глубоко в недра Земли, увеличилась бы гравитация по мере приближения к центру?

Миссис Б. Конечно, нет; я имею в виду только положение на поверхности Земли. Если бы вы проникли внутрь, притяжение частей, находящихся над вами, противодействовало бы притяжению частей, находящихся под вами, и, следовательно, уменьшало бы силу гравитации по мере приближения к центру; и если бы вы достигли этой точки, будучи одинаково притягиваемыми со всех сторон, эффекты гравитации прекратились бы, и вы были бы лишены веса.

Эмили. Значит, тела должны весить меньше на экваторе, чем на полюсах, поскольку в первом случае они дальше от центра гравитации, чем во втором?

Миссис Б. И это действительно так; но разница в весе была бы едва заметна, если бы она не усиливалась другим обстоятельством.

Кэролайн. И что это за странное обстоятельство, которое, кажется, нарушает законы природы?

Миссис Б. То, с которым вы хорошо знакомы, поскольку оно способствует скорее сохранению, чем разрушению порядка, — центробежная сила. Мы только что заметили, что она сильнее всего на экваторе; и поскольку она стремится отбросить тела от центра, она неизбежно противостоит силе гравитации, которая притягивает их к центру, и должна уменьшать ее. Соответственно, мы обнаруживаем, что тела весят меньше всего на экваторе, где центробежная сила наибольшая, и тяжелее всего на полюсах, где эта сила наименьшая: вес уменьшается на экваторе под действием обеих упомянутых причин.

Кэролайн. Проводился ли эксперимент в этих различных условиях?

Миссис Б. Людовик XIV во Франции посылал философов как на экватор, так и в Лапландию для этой цели: суровость климата и препятствия со стороны льдов до сих пор делали каждую попытку достичь полюса безуспешной; но разница в гравитации на экваторе и в Лапландии весьма ощутима.

Кэролайн. И все же я не понимаю, как можно было установить разницу в весе, ибо если испытываемое тело уменьшалось в весе, то вес, который противостоял ему на другой чаше весов, должен был уменьшиться в той же пропорции. Например, если фунт сахара весил на экваторе меньше, чем на полюсах, то свинцовый фунт, который служил для его взвешивания, тоже весил бы меньше; следовательно, они все равно уравновешивали бы друг друга, и разную силу гравитации таким способом нельзя было бы установить.

Миссис Б. Ваше наблюдение совершенно справедливо: разницу в гравитации тел, находящихся на полюсах и на экваторе, нельзя установить путем их взвешивания; поэтому для этой цели использовали маятник.

Кэролайн. Что, маятник часов? Как это могло помочь?

Миссис Б. Маятник состоит из нити или стержня, к одному концу которого прикреплен груз, а другим концом он подвешен к неподвижной точке, вокруг которой он совершает колебания. Когда маятник не в движении, он, подчиняясь общему закону притяжения, висит, подобно отвесу, перпендикулярно поверхности Земли, но если вы поднимете маятник, гравитация вернет его в перпендикулярное положение. Однако он не останется там неподвижным, ибо количество движения, приобретенное им во время спуска, увлечет его дальше, и, если нет препятствий, он поднимется на противоположной стороне на равную высоту; оттуда он возвращается гравитацией и снова выталкивается вверх импульсом своего количества движения.

Кэролайн. Если так, то движение маятника было бы вечным, а я думала, вы говорили, что на Земле нет вечного движения.

Миссис Б. Движению маятника противостоит сопротивление воздуха, в котором он колеблется, и трение части, на которой он подвешен: если бы можно было устранить эти препятствия, движение маятника было бы вечным, а его колебания — совершенно регулярными; каждое из них было бы равным по расстоянию и совершалось бы за равное время.

Эмили. Это естественный результат единообразия силы, производящей эти колебания, ибо, поскольку сила гравитации всегда одна и та же, скорость маятника, следовательно, должна быть равномерной.

Кэролайн. Нет, Эмили, вы ошибаетесь; сила не везде одинакова, и поэтому эффект тоже не будет таковым. Я обнаружила это, миссис Б.; поскольку сила гравитации на экваторе меньше, чем на полюсах, колебания маятника будут медленнее в первом месте, чем во втором.

Миссис Б. Вы совершенно правы, Кэролайн; именно этим путем была обнаружена разница в гравитации и установлена истинная форма Земли.

Эмили. Но как они умудряются регулировать время в экваториальных и полярных регионах? Ведь поскольку в нашей части Земли маятник часов колеблется ровно раз в секунду, если он колеблется быстрее на полюсах и медленнее на экваторе, жители должны регулировать свои часы иначе, чем мы.

Миссис Б. Единственное необходимое изменение — удлинить маятник в одном случае и укоротить в другом; ибо скорость колебаний маятника зависит от его длины; и когда говорят, что маятник колеблется быстрее на полюсе, чем на экваторе, предполагается, что он одной и той же длины. Маятник, который совершает секундные колебания на этой широте, имеет длину около 39 1/7 дюймов. Чтобы совершать колебания на экваторе за то же время, он должен быть несколько короче; а на полюсах он должен быть пропорционально удлинен.

Колебания маятника напоминают спуск тела по наклонной плоскости и вызываются той же причиной; теперь вы должны вспомнить, что чем больше перпендикулярная высота такой плоскости по отношению к ее длине, тем быстрее будет спуск тела; короткий маятник поднимается на большую высоту, чем длинный, при колебании на заданное расстояние, и, конечно, его спуск должен быть более быстрым.

Теперь, я думаю, я смогу объяснить вам причину смены времен года и разницу в продолжительности дней и ночей в эти времена года; оба эффекта проистекают из одной и той же причины.

При движении вокруг Солнца ось Земли не перпендикулярна плоскости ее орбиты. Предположим, что этот круглый стол представляет плоскость орбиты Земли, а этот маленький глобус — Землю; через него я пропустила проволоку, представляющую ее ось и полюса. Двигаясь вокруг стола, я держу проволоку не перпендикулярно ему, а наклонно.

Эмили. Да, я понимаю, Земля не движется вокруг Солнца в вертикальном положении, ее ось наклонена или расположена косо; и, конечно, она образует угол с линией, проведенной перпендикулярно плоскости орбиты Земли.

Миссис Б. Все линии, которые вы изучили на прошлом уроке, нанесены на этот маленький глобус; вы должны рассматривать эклиптику как представляющую плоскость орбиты Земли; а экватор, который пересекает эклиптику в двух местах, показывает степень наклона оси Земли, которая составляет почти ровно 23 1/2 градуса. Точки, в которых эклиптика пересекает экватор, называются точками равноденствия.

Но я полагаю, что сделаю эффекты наклона оси Земли более ясными для вас с помощью вращения маленького глобуса вокруг свечи, которая будет представлять Солнце. (Таблица IX. рис. 2.)

Как я сейчас держу его, в точке А, вы видите его в положении, в котором он находится в разгар лета, или то, что называется летним солнцестоянием, которое приходится на 21 июня.

Эмили. Вы держите проволоку криво, я полагаю, чтобы показать, что ось Земли не стоит прямо?

Миссис Б. Да; летом северный полюс наклонен к Солнцу. В это время года, следовательно, северное полушарие получает гораздо больше его лучей, чем южное. Солнце, как видите, теперь светит на всю северную холодную зону, и, несмотря на суточное вращение Земли, которое я имитирую, вращая шар на проволоке, оно будет продолжать светить на нее, пока она остается в этом положении, в то время как южная холодная зона в это же время полностью погружена во тьму.

Кэролайн. Это очень странно; я никогда раньше не слышала, чтобы в какой-либо части мира был постоянный день или ночь! Насколько счастливее должны быть жители северной холодной зоны, чем жители южной; первые наслаждаются непрерывным днем, в то время как последние погружены в вечную тьму.

Миссис Б. Вы судите слишком поспешно; присмотритесь немного дальше, и вы обнаружите, что обе холодные зоны делят равную участь.

Теперь мы заставим Землю отправиться из ее положения в летнее солнцестояние и пронести ее вокруг Солнца; заметьте, что полюс всегда наклонен в одном и том же направлении и указывает на одну и ту же точку на небе. Рядом с этой точкой расположена неподвижная звезда, которая поэтому называется северной полярной звездой. Теперь давайте остановим Землю в точке B и рассмотрим ее в нынешнем положении; она прошла одну четверть своей орбиты и прибыла в ту точку, где эклиптика пересекает экватор, и которая называется осенним равноденствием.

Эмили. Солнце теперь светит от одного полюса до другого, точно так же, как оно постоянно делало бы, если бы ось Земли была перпендикулярна ее орбите.

Миссис Б. Потому что наклон оси теперь направлен ни к Солнцу, ни в противоположную сторону; в этот период года дни и ночи равны в каждой части Земли. Но следующий шаг, который она делает на своей орбите, как вы видите, погружает северный полюс во тьму, в то время как он освещает южный; это изменение постепенно готовилось, пока я перемещала Землю от лета к осени; арктический круг, который поначалу был полностью освещен, начал иметь короткие ночи, которые увеличивались по мере приближения Земли к осеннему равноденствию; и как только она прошла эту точку, начинается долгая ночь северного полюса, и южный полюс начинает наслаждаться светом Солнца. Теперь мы заставим Землю двигаться дальше по своей орбите, и вы можете заметить, что по мере ее продвижения дни укорачиваются, а ночи удлиняются во всем северном полушарии, пока она не прибудет в зимнее солнцестояние, 21 декабря, когда северная холодная зона полностью погружена во тьму, а южная имеет непрерывный дневной свет.

Plate x.

Кэролайн. Значит, в конце концов, Солнце, которое я считала таким пристрастным, дарует свои милости всем поровну.

Миссис Б. Тоже не совсем так: жители жаркого пояса получают гораздо больше тепла, чем мы, так как солнечные лучи падают перпендикулярно дважды в течение года в каждом месте внутри тропиков, в то время как на остальную часть мира они светят более или менее косо, а на полюсах — почти горизонтально; ибо в течение их долгого дня в шесть месяцев Солнце движется вокруг их горизонта, не восходя и не заходя; единственное заметное различие заключается в том, что в полдень оно на несколько градусов выше, чем в полночь.

Эмили. Для человека, находящегося в умеренном поясе, в том положении, в котором мы находимся в Англии, Солнце будет светить не так косо, как на полюсах, и не вертикально, как на экваторе; но его лучи будут падать на него более косо осенью и зимой, чем летом.

Кэролайн. И поэтому жители умеренных поясов будут иметь не просто один день и одну ночь в году, как это бывает на полюсах, и не будут иметь равные дни и равные ночи, как на экваторе; но их дни и ночи будут варьироваться по продолжительности в разное время года, в зависимости от того, наклоняются ли их соответствующие полюса к Солнцу или от него, и разница будет тем больше, чем дальше они находятся от экватора.

Миссис Б. Теперь мы проследим за Землей через другую половину ее орбиты, и вы заметите, что теперь в южном полушарии происходят точно такие же изменения, как те, что мы только что отметили в северном. День начинается на южном полюсе, когда ночь наступает на северном полюсе; и в любой другой части южного полушария дни длиннее ночей, в то время как, наоборот, наши ночи длиннее наших дней. Когда Земля прибывает в весеннее равноденствие, D, где эклиптика снова пересекает экватор, 21 марта, она находится по отношению к Солнцу в точно таком же положении, как и в осеннее равноденствие; и единственная разница по отношению к Земле заключается в том, что теперь осень в южном полушарии, в то время как у нас весна.

Кэролайн. Значит, дни и ночи снова везде равны.

Миссис Б. Да, ибо половина земного шара, которая освещена, простирается точно от одного полюса до другого, Солнце только что взошло на северном полюсе и только что заходит на южном полюсе; но в любой другой части земного шара день и ночь имеют продолжительность двенадцать часов; отсюда слово «равноденствие», которое происходит от латинского и означает «равная ночь».

По мере того как наше лето продвигается, дни удлиняются в северном полушарии и укорачиваются в южном, пока Земля не достигнет летнего солнцестояния, когда северная холодная зона полностью освещена, а южная находится в полной темноте; и теперь мы снова привели Землю к той точке, откуда мы впервые сопровождали ее.

Эмили. Это действительно самое удовлетворительное объяснение причины различной продолжительности наших дней и ночей и смены времен года; и чем больше я узнаю, тем больше восхищаюсь простотой средств, с помощью которых производятся такие чудесные эффекты.

Миссис Б. Я не знаю, что больше достойно нашего восхищения — причины или эффекты обращения Земли вокруг Солнца. Разум не может найти объекта для созерцания более возвышенного, чем путь этого великолепного шара, движимого объединенными силами проекции и притяжения, чтобы катиться неизменным курсом вокруг источника света и тепла: и что может быть восхитительнее благотворных эффектов этой животворящей силы на ее планету-спутник. Это одновременно великий принцип, который оживляет и оплодотворяет природу.

Эмили. Есть одно обстоятельство, в котором этот маленький глобус из слоновой кости кажется мне отличным от Земли; он не совсем темный на той стороне, которая отвернута от свечи, как это бывает с Землей, когда ни луна, ни звезды не видны.

Миссис Б. Это происходит из-за того, что свет свечи отражается стенами комнаты на каждую часть глобуса, следовательно, та сторона глобуса, на которую свеча не светит напрямую, не находится в полной темноте. А у небес нет стен, чтобы отражать солнечный свет на ту сторону нашей Земли, которая находится в темноте.

Кэролайн. Прошу прощения, миссис Б., я думаю, что луна и звезды выполняют роль стен, отражая солнечный свет к нам ночью.

Миссис Б. Очень хорошо, Кэролайн; то есть луна и планеты; ибо неподвижные звезды, вы знаете, светят собственным светом.

Эмили. Вы говорите, что более высокая температура экваториальных частей Земли возникает из-за того, что лучи падают перпендикулярно на эти регионы, в то время как они падают косо на эти более северные регионы; теперь я не понимаю, почему перпендикулярные лучи должны давать больше тепла, чем косые лучи.

Кэролайн. Вам нужно только подержать руку перпендикулярно над свечой, а затем подержать ее сбоку, косо, чтобы почувствовать разницу.

Эмили. Я не сомневаюсь в факте, но я хочу, чтобы это было объяснено.

Миссис Б. Вы совершенно правы; если бы Кэролайн не удовлетворилась установлением факта, не понимая его, она не привела бы свечу в качестве иллюстрации; причина, по которой вы чувствуете гораздо больше тепла, если держите руку перпендикулярно над свечой, чем если держите ее сбоку, заключается в том, что поток нагретого пара постоянно поднимается от свечи или любого другого горящего тела, который, будучи легче воздуха в комнате, не распространяется в стороны, а поднимается перпендикулярно, и это заставило вас предположить, что лучи были горячее в последнем направлении. Если бы вы поразмыслили, вы бы обнаружили, что лучи, исходящие от свечи сбоку, не менее перпендикулярны к вашей руке, когда она держится напротив них, чем лучи, которые поднимаются, когда ваша рука держится над ними.

Причина, по которой солнечные лучи дают меньше тепла, когда они направлены косо, чем когда они перпендикулярны, заключается в том, что меньше их падает на равную часть Земли; это будет лучше понято, если обратиться к таблице 10, рис. 1, которая представляет две равные части солнечных лучей, светящих на разные части Земли. Здесь очевидно, что на пространство A B падает такое же количество лучей, как и на пространство B C; и поскольку A B меньше, чем B C, тепло и свет будут гораздо сильнее в первом, чем в последнем; A B, как вы видите, представляет экваториальные регионы, где Солнце светит перпендикулярно; а B C — умеренные и холодные климаты, где его лучи падают более косо.

Эмили. Это объясняет не только большую жару экваториальных регионов, но и большую жару нашего лета, так как Солнце светит менее косо летом, чем зимой.

Миссис Б. Это вы увидите на примере рисунка 2, на котором Земля представлена в том положении, в котором она находится 21 июня, и Англия получает менее косые и, следовательно, большее количество лучей, чем в любое другое время года; а рисунок 3 показывает положение Англии 21 декабря, когда лучи Солнца падают на нее наиболее косо. Но есть и другая причина, почему косые лучи дают меньше тепла, чем перпендикулярные; она заключается в том, что им приходится преодолевать большую часть атмосферы; и хотя верно, что атмосфера сама по себе является прозрачным телом, свободно пропускающим солнечные лучи, она всегда более или менее нагружена плотным и туманным паром, который лучи Солнца не могут легко пронзить; поэтому, чем больше количество атмосферы, через которое должны пройти солнечные лучи на своем пути к Земле, тем меньше тепла они сохранят, когда достигнут ее. Это будет лучше понято, если обратиться к рис. 4. Пунктирная линия вокруг Земли описывает протяженность атмосферы, а линии, которые идут от Солнца к Земле, — прохождение двух равных частей солнечных лучей к экваториальным и полярным регионам; последние, как вы видите, из-за их большей косости проходят через большую протяженность атмосферы.

Кэролайн. И это, несомненно, причина, по которой Солнце утром и вечером дает гораздо меньше тепла, чем в полдень.

Миссис Б. Уменьшение тепла утром и вечером, безусловно, связано с большей косостью солнечных лучей; и на них также влияет другая причина, которую я только что объяснила вам; трудность прохождения через туманную атмосферу, возможно, более применима к ним, так как туман и пары преобладают около времени восхода и заката Солнца. Но уменьшенная косость солнечных лучей — не единственная причина летней жары; продолжительность дней в значительной степени способствует этому; ибо чем дольше Солнце находится над горизонтом, тем больше тепла оно передаст Земле.

Кэролайн. И самые длинные дни, и самые перпендикулярные лучи приходятся на 21 июня; и все же наибольшая жара преобладает в июле и августе.

Миссис Б. Те части Земли, которые однажды нагрелись, сохраняют тепло в течение некоторого времени, и дополнительное тепло, которое они получают, вызывает повышение температуры, хотя дни начинают укорачиваться, а солнечные лучи — падать более косо. По той же причине у нас обычно больше тепла в три часа дня, чем в двенадцать, когда Солнце находится на меридиане.

Эмили. А скажите, имеют ли другие планеты такие же превращения времен года, как Земля?

Миссис Б. Некоторые из них больше, некоторые меньше, в зависимости от того, насколько их оси отклоняются от перпендикуляра к плоскости их орбит. Ось Юпитера почти перпендикулярна плоскости его орбиты; оси Марса и Сатурна наклонены под углами около шестидесяти градусов; в то время как ось Венеры, как полагают, поднята всего на пятнадцать или двадцать градусов над ее орбитой; превращения ее времен года, следовательно, должны быть значительно больше наших. За дальнейшими подробностями относительно планет я отсылаю вас к «Введению в астрономию» Бонникасла.

У меня есть только одно замечание, которое я должна сделать вам относительно движения Земли; а именно, что хотя у нас в году всего 365 дней и ночей, она совершает 366 полных оборотов вокруг своей оси за это время.

Кэролайн. Как это возможно? Ведь каждый полный оборот должен возвращать одно и то же место к Солнцу. Сейчас ровно двенадцать часов, Солнце, следовательно, на нашем меридиане; через двадцать четыре часа не вернется ли оно снова на наш меридиан, и не совершит ли Земля полный оборот вокруг своей оси?

Миссис Б. Если бы Земля не имела поступательного движения по своей орбите, пока она вращается вокруг своей оси, так бы оно и было; но поскольку она продвигается почти на градус к западу по своей орбите за то же время, что она завершает оборот к востоку вокруг своей оси, она должна вращаться почти на градус больше, чтобы вернуть тот же меридиан к Солнцу.

Кэролайн. О, да! Потребуется еще столько же от второго оборота, чтобы вернуть тот же меридиан к Солнцу, сколько равно пространству, на которое Земля продвинулась по своей орбите; то есть почти градус; эта разница, однако, очень мала.

Миссис Б. Эти небольшие ежедневные части вращения каждая равны триста шестьдесят пятой части круга, что в конце года составляет один полный оборот.

Эмили. Это чрезвычайно любопытно. Если бы Земля, таким образом, не имела иного движения, кроме суточного, у нас было бы 366 дней в году.

Миссис Б. У нас было бы 366 дней за тот же период времени, что сейчас у нас 365; но если бы мы не вращались вокруг Солнца, у нас не было бы естественных средств для исчисления лет.

Вы удивитесь, услышав, что если время исчисляется по звездам, а не по Солнцу, то нерегулярность, которую мы только что заметили, не возникает, и что один полный оборот Земли вокруг своей оси возвращает тот же меридиан к любой неподвижной звезде.

Эмили. Это кажется совершенно необъяснимым; ведь Земля продвигается по своей орбите по отношению к неподвижным звездам так же, как и по отношению к Солнцу.

Миссис Б. Верно, но тогда расстояние до неподвижных звезд настолько огромно, что наша солнечная система по сравнению с ним — лишь точка, а весь размер орбиты Земли — лишь точка; поэтому, оставалась ли бы Земля неподвижной или вращалась бы по своей орбите во время вращения вокруг своей оси, никакой заметной разницы по отношению к неподвижным звездам не было бы произведено. Один полный оборот возвращает тот же меридиан к той же неподвижной звезде; отсюда неподвижные звезды кажутся обходящими вокруг Земли за меньшее время, чем Солнце, на три минуты пятьдесят шесть секунд времени.

Кэролайн. Эти три минуты пятьдесят шесть секунд — это время, которое Земля затрачивает на совершение дополнительной триста шестьдесят пятой части круга, чтобы вернуть тот же меридиан к Солнцу.

Миссис Б. Точно. Отсюда звезды каждый день выигрывают три минуты пятьдесят шесть секунд у Солнца, что заставляет их восходить на эту часть времени раньше каждый день.

Когда время исчисляется по звездам, оно называется звездным временем; когда по Солнцу — солнечным или истинным временем.

Кэролайн. Значит, звездные сутки на три минуты пятьдесят шесть секунд короче, чем солнечные сутки из двадцати четырех часов.

Миссис Б. Я должна также объяснить вам, что подразумевается под звездным годом.

Обычный год, называемый солнечным или тропическим годом, содержащий 365 дней, пять часов, сорок восемь минут и пятьдесят две секунды, измеряется от времени, когда Солнце выходит из одного из равноденствий или солнцестояний, до возвращения к нему снова; но этот год завершается до того, как Земля закончила один полный оборот по своей орбите.

Эмили. Я думала, что Земля совершает один полный оборот по своей орбите каждый год; в чем причина этого отклонения?

Миссис Б. Это происходит из-за сфероидальной формы Земли. Выпуклость вокруг экватора производит почти такой же эффект, как если бы подобная масса вещества, собранная в форме луны, вращалась вокруг экватора. Когда эта луна воздействовала на Землю в соединении с Солнцем или в оппозиции к нему, возникали бы вариации в движении Земли, и эти вариации производят то, что называется прецессией равноденствий.

Plate xi.

Эмили. Что это значит? Я думала, что точки равноденствия — это фиксированные точки на небе, в которых экватор пересекает эклиптику.

Миссис Б. Эти точки не совсем фиксированы, но имеют кажущееся ретроградное движение среди знаков зодиака; то есть вместо того, чтобы быть при каждом обороте в одном и том же месте, они движутся назад. Таким образом, если весеннее равноденствие находится в А (рис. 1, таблица XI), осеннее будет в B, вместо C, а следующее весеннее равноденствие — в D, вместо A, как это было бы в случае, если бы равноденствия были неподвижны в противоположных точках орбиты Земли.

Кэролайн. Так что, когда Земля движется от одного равноденствия к другому, хотя она затрачивает полгода на совершение этого пути, она не прошла через половину своей орбиты.

Миссис Б. И, следовательно, когда она возвращается снова к первому равноденствию, она не завершила всю свою орбиту. Чтобы установить, когда Земля совершила полный оборот по своей орбите, мы должны наблюдать, когда Солнце возвращается в соединение с какой-либо неподвижной звездой; и это называется звездным годом. Предполагая, что неподвижная звезда расположена в E (рис. 1, таблица XI), Солнце не появилось бы в соединении с ней, пока Земля не вернулась бы в A, когда она завершила бы свою орбиту.

Эмили. И насколько дольше звездный год, чем солнечный?

Миссис Б. Всего на двадцать минут; так что вариация точек равноденствия весьма незначительна. Я придала им больший масштаб на рисунке, чтобы сделать их ощутимыми.

Что касается времени, я должна добавить, что суточное движение Земли вокруг наклонной оси вместе с ее годовым обращением по эллиптической орбите вызывает такую сложность в ее движении, что производит много нерегулярностей; поэтому истинное время не может быть измерено по видимому положению Солнца. Совершенно точные часы в некоторые части года были бы впереди Солнца, а в другие части — позади него. Есть только четыре периода, в которые Солнце и идеальные часы совпадали бы, это 15 апреля, 16 июня, 23 августа и 24 декабря.

Эмили. И есть ли значительная разница между солнечным временем и истинным временем?

Миссис Б. Наибольшая разница составляет от пятнадцати до шестнадцати минут. Таблицы уравнения составлены с целью указания и исправления этих различий между солнечным временем и равным или средним временем, которое является названием, данным астрономами истинному времени.

Вопросы

1.(Pg. 92) What does the line A B, (fig. 2 plate 8.) represent, and what are its extremities called?

2.(Pg. 92) What is meant by the equator, and how is it situated?

3.(Pg. 92) There are two hemispheres; how are they named and distinguished?

4.(Pg. 92) What are the circles near the poles called?

5.(Pg. 92) What do the lines I K, and L M, represent?

6.(Pg. 92) What circle is in part represented by the line L K?

7.(Pg. 92) Against what mistake must you guard respecting this line?

8.(Pg. 92) What is meant by a plane, and how could one be represented?

9.(Pg. 93) Describe what is intended by the plane of the earth's orbit.

10.(Pg. 93) Extending this plane to the fixed stars, what circle would it form, and among what particular stars would it be found?

11.(Pg. 93) What is fig. 1. plate 9, designed to represent?

12.(Pg. 93) The ecliptic does not properly belong to the earth, for what purpose then is it described on the terrestrial globe?

13.(Pg. 93) What does the obliquity of the ecliptic to the equator serve to show?

14.(Pg. 93) Within what limits do you find the torrid zone?

15.(Pg. 93) What two zones are there between the torrid, and the two frigid zones?

16.(Pg. 93) Where are the frigid zones situated?

17.(Pg. 93) What is meant by the term zone; and are the frigid zones properly so called?

18.(Pg. 93) How do meridian lines extend, and what is meant by the meridian of a place?

19.(Pg. 93) What is said of the meridian to which the sun is opposite, and where is it then midnight?

20.(Pg. 94) What hour is it then, at places exactly half way between these meridians?

21.(Pg. 94) How are greater and lesser circles distinguished?

22.(Pg. 94) What part of a circle is a degree, and how are these further divided?

23.(Pg. 94) What is the diameter, and what the circumference of a circle, and what proportion do they bear to each other?

24.(Pg. 94) What part of a circle is a meridian?

25.(Pg. 94) How many degrees are there between the equator and the poles?

26.(Pg. 94) Into what parts, besides degrees, is the ecliptic divided?

27.(Pg. 94) How are degrees of latitude measured, and to what number do they extend?

28.(Pg. 94) On what circles are degrees of longitude measured, and to what number do they extend?

29.(Pg. 94) What is a parallel of latitude?

30.(Pg. 95) Degrees of longitude vary in length; what is the cause of this?

31.(Pg. 95) What is the length of a degree of latitude, and why do not these vary?

32.(Pg. 95) What causes the equator to be somewhat larger than a great circle passing through the poles, and what effect has this on degrees of longitude measured on the equator?

33.(Pg. 95) What is the cause of this form being given to the earth?

34.(Pg. 96) What would have been a consequence of the centrifugal force, had the earth been a perfect sphere?

35.(Pg. 96) A body situated at the poles, is attracted more forcibly than if placed at the equator, what is the reason?

36.(Pg. 97) What effect would be produced upon the gravity of a body, were it placed beneath the surface of the earth, and what supposing it at its centre?

37.(Pg. 97) What two circumstances combine, to lessen the weight of a body on the equator?

38.(Pg. 97) Why could not this be proved by weighing a body at the poles, and at the equator?

39.(Pg. 98) What is a pendulum?

40.(Pg. 98) What causes it to vibrate?

41.(Pg. 98) Why are not its vibrations perpetual?

42.(Pg. 98) Two pendulums of the same length, will not, in different latitudes, perform their vibrations in equal times, what is the cause of this?

43.(Pg. 98) To what use has this property of the pendulum been applied?

44.(Pg. 99) What change must be made in pendulums situated at the equator and at the poles, to render their vibrations equal?

45.(Pg. 99) What do the vibrations of a pendulum resemble, and why will it vibrate more rapidly if shortened?

46.(Pg. 99) In the revolution of the earth round the sun, what is the position of its axis?

47.(Pg. 99) How much is the axis of the earth inclined, and with what line does it form this angle?

48.(Pg. 99) What is represented by fig. 2, plate 9?

49.(Pg. 100) How is the north pole inclined in the middle of our summer, and what effect has this on the north frigid zone?

50.(Pg. 100) In what direction does the north pole always point?

51.(Pg. 100) What is shown by the position of the earth at B, in the figure?

52.(Pg. 100) How does the sun then shine at the poles, and what is the effect on the days and nights?

53.(Pg. 101) When the earth has passed the autumnal equinox, what changes take place at the poles, and also in the whole northern and southern hemispheres?

54.(Pg. 101) Why is the heat greatest within the torrid zone?

55.(Pg. 101) How does the sun appear at the poles, during the period of day there?

56.(Pg. 101) In what will the days and nights differ in the temperate zone, from those at the poles, and at the equator?

57.(Pg. 102) Trace the earth from the winter solstice to the vernal equinox, and inform me what changes take place.

58.(Pg. 102) What takes place at the time of the vernal equinox, and what is meant by the term?

59.(Pg. 102) In proceeding from the vernal equinox to the summer solstice, what changes take place?

60.(Pg. 103) From what cause arises the superior heat of the equatorial regions?

61.(Pg. 103) Why should oblique rays afford less heat than those which are perpendicular?

62.(Pg. 103) How is this explained by fig. 1. plate 10?

63.(Pg. 103) How do you account for the superior heat of summer, and how is this exemplified in fig. 2 and 3, plate 10?

64.(Pg. 104) What other cause lessens the intensity of oblique rays?

65.(Pg. 104) How is this explained by fig. 4?

66.(Pg. 104) What causes conspire to lessen the solar heat in the morning and evening?

67.(Pg. 104) The greatest heat of summer is after the solstice, and the greatest heat of the day, after 12 o'clock, although the sun's rays are then most direct, how is this accounted for?

68.(Pg. 105) Is there any change of seasons in the other planets?

69.(Pg. 105) What is said respecting the axes of Jupiter, of Mars, and of Saturn?

70.(Pg. 105) In 365 days, how many times does the earth revolve on its axis?

71.(Pg. 105) How is this accounted for?

72.(Pg. 105) Do the fixed stars require the same time as the sun, to return to the same meridian?

73.(Pg. 106) How is this accounted for?

74.(Pg. 106) What is meant by the solar and the sidereal day?

75.(Pg. 106) What is the difference in time between them?

76.(Pg. 106) What is the length of the tropical year?

77.(Pg. 107) The solar year is completed before the earth has made a complete revolution in its orbit, by what is this caused?

78.(Pg. 107) What is this called, and what is represented respecting it by fig. 1, plate 11?

79.(Pg. 107) By what means can we ascertain the period of a complete revolution of the earth in its orbit, as illustrated by the fixed star E, in fig. 1?

80.(Pg. 107) What difference is there in the length of the solar and sidereal year?

81.(Pg. 107) Why can we not always ascertain the true time by the apparent place of the sun?

82.(Pg. 108) What would be the greatest difference between solar, and true time, as indicated by a perfect clock?

РАЗГОВОР IX. О ЛУНЕ.

OF THE MOON'S MOTION. PHASES OF THE MOON. ECLIPSES OF THE MOON. ECLIPSES OF JUPITER'S MOONS. OF LATITUDE AND LONGITUDE. OF THE TRANSITS OF THE INFERIOR PLANETS. OF THE TIDES.

МИССИС Б.

Мы сегодня ограничим наше внимание Луной, которая предлагает много интересных явлений.

Луна вращается вокруг Земли в течение примерно двадцати девяти с половиной дней; по орбите, плоскость которой наклонена более чем на пять градусов к плоскости Земли; она сопровождает нас в нашем обращении вокруг Солнца.

Эмили. Ее движение тогда должно быть сложного характера; ибо, поскольку Земля не неподвижна, а продвигается по своей орбите, пока Луна идет вокруг нее, Луна, проходя вокруг Солнца, должна двигаться по своего рода фестончатому кругу.

Миссис Б. Это правда; и есть также другие обстоятельства, которые мешают простоте и регулярности движения Луны, но которые слишком сложны для того, чтобы вы поняли их в настоящее время.

Луна всегда обращена к нам одной и той же стороной, из чего очевидно, что она поворачивается лишь один раз вокруг своей оси, пока совершает оборот вокруг Земли; так что жители Луны имеют только один день и одну ночь в течение лунного месяца.

Кэролайн. Мы предоставляем им, однако, преимущество великолепной луны, чтобы освещать их долгие ночи.

Миссис Б. Это преимущество лишь частичное; ибо, поскольку мы всегда видим одну и ту же полусферу Луны, только жители этой полусферы могут видеть нас.

Кэролайн. Одна половина Луны, значит, наслаждается нашим светом, в то время как другая половина постоянно имеет ночи тьмы. Если в тех регионах есть астрономы, они, несомненно, были бы искушены посетить другую полусферу, чтобы увидеть такое грандиозное светило, каким мы должны казаться им. Но, скажите, видят ли они Землю во всех изменениях, которые Луна демонстрирует нам?

Миссис Б. Именно так. Эти изменения называются фазами Луны и требуют некоторого объяснения. На рис. 2, таблица 11, скажем, что S представляет Солнце, E — Землю, а A B C D E F G H — Луну в разных частях ее орбиты. Когда Луна находится в А, ее темная сторона обращена к Земле, мы не увидим ее, как в a; но ее исчезновение очень кратковременно, и по мере того, как она продвигается по своей орбите, мы воспринимаем ее в форме новой луны: когда она прошла одну восьмую своей орбиты в B, одна четверть ее освещенной полусферы будет обращена к Земле, и она тогда появится серповидной, как в b; когда она совершила одну четверть своей орбиты, она показывает нам половину своей освещенной стороны, как в c, и это называется ее первой четвертью; в d она, как говорят, выпуклая, а в e вся освещенная сторона видна нам, и Луна в полнолунии. По мере того как она продолжает движение по своей орбите, она снова становится выпуклой, и ее освещенная полусфера постепенно отворачивается от нас, пока она не прибывает в G, что является ее третьей четвертью; продолжая оттуда, она завершает свою орбиту и исчезает, а затем снова возобновляет свою форму новой луны и проходит последовательно через те же изменения.

Когда Луна новая, говорят, что она в соединении с Солнцем, так как они оба тогда в одном направлении от Земли; во время полнолуния говорят, что она в оппозиции, потому что она и Солнце находятся на противоположных сторонах Земли; во время ее первой и третьей четвертей говорят, что она в своих квадратурах, потому что она тогда находится на одну четверть круга, или 90°, от своего соединения, или периода новой луны.

Эмили. Разве затмения Солнца не производятся тем, что Луна проходит между Солнцем и Землей?

Миссис Б. Да; когда Луна проходит между Солнцем и Землей, она перехватывает его лучи, или, другими словами, отбрасывает тень на Землю, тогда Солнце затмевается, и дневной свет уступает место тьме, пока тень Луны проходит над нами.

Когда, наоборот, Земля находится между Солнцем и Луной, это мы перехватываем солнечные лучи и отбрасываем тень на Луну; она тогда, говорят, затмевается и исчезает из нашего вида.

Эмили. Но поскольку Луна обходит Землю каждый месяц, она должна быть один раз в течение этого времени между Землей и Солнцем; и Земля должна также быть один раз между Солнцем и Луной, и все же у нас нет солнечного и лунного затмения каждый месяц?

Миссис Б. Я уже информировала вас, что орбиты Земли и Луны не в одной плоскости, а пересекаются; и Луна обычно проходит либо выше, либо ниже орбиты Земли, когда она в соединении с Солнцем, и поэтому не перехватывает его лучи и не производит затмение; ибо это может произойти только тогда, когда Луна находится в своих узлах или около них, что является названием, данным тем двум точкам, в которых ее орбита пересекает орбиту Земли; затмения не могут произойти в другое время, потому что только тогда они оба находятся на прямой линии с Солнцем.

Эмили. А частичное затмение Луны происходит, я полагаю, когда, проходя мимо Земли, она недостаточно высоко или низко относительно тени, чтобы избежать ее полностью?

Миссис Б. Да, один край ее диска тогда погружается в тень и затмевается; но поскольку Земля больше Луны, когда затмения происходят точно в узлах, они не только полные, но длятся более трех часов.

Plate xii.

Полное затмение Солнца случается редко, и когда оно происходит, полная тьма ограничена одной конкретной частью Земли, диаметр тени не превышает 180 миль; очевидно показывая, что Луна меньше Солнца, так как она не может полностью скрыть его от Земли. На рис. 1, таблица 12, вы найдете описание солнечного затмения; S — Солнце, M — Луна, E — Земля; и тень Луны, как видите, недостаточно велика, чтобы покрыть Землю. Лунные затмения, напротив, видны из каждой части Земли, где Луна находится над горизонтом; и мы обнаруживаем по продолжительности времени, которое Луна проходит через тень Земли, что этого было бы достаточно, чтобы затмить ее полностью, будь она во много раз больше своего фактического размера; из этого следует, что Земля гораздо больше Луны.

На рис. 2 S представляет Солнце, которое изливает лучи света по прямым линиям во всех направлениях. E — Земля, M — Луна. Теперь луч света, идущий от одной оконечности диска Солнца в направлении A B, встретит другой, идущий от противоположной оконечности в направлении C B; тень Земли, следовательно, не может простираться дальше B; поскольку Солнце больше Земли, тень последней коническая, или в форме сахарной головы; она постепенно уменьшается и гораздо меньше Земли там, где Луна проходит через нее, и все же мы обнаруживаем, что Луна не только полностью затмевается, но и остается в течение значительного времени во тьме, и отсюда мы можем установить ее реальные размеры.

Эмили. Когда Луна затмевает Солнце для нас, мы должны быть затмеваемы для Луны?

Миссис Б. Безусловно; ибо если Луна перехватывает лучи Солнца и отбрасывает тень на нас, мы должны неизбежно исчезнуть для Луны, но только частично, как на рис. 1.

Кэролайн. Должно быть большое количество затмений на далеких планетах, у которых так много лун?

Миссис Б. Да, немногие дни проходят без того, чтобы не произошло затмение; ибо среди числа спутников один или другой из них постоянно проходит либо между своей главной планетой и Солнцем, либо между планетой и друг другом. Астрономы настолько хорошо знакомы с движением планет и их спутников, что они рассчитали не только затмения нашей Луны, но и затмения Юпитера с такой совершенной точностью, что это дало средство для установления долготы.

Кэролайн. Но разве не очень легко найти широту и долготу любого места по карте или глобусу?

Миссис Б. Если вы знаете, где находитесь, то нет никакой сложности в том, чтобы определить широту или долготу этого места, обратившись к карте; но если предположить, что вы долгое время находились в море и ваш путь был прерван штормами, карта окажет вам очень мало помощи в определении вашего местоположения.

Кэролайн. В таких обстоятельствах, признаюсь, я была бы в равном затруднении определить как широту, так и долготу.

Миссис Б. Широту обычно находят путем измерения высоты солнца в полдень; то есть количества градусов, на которое оно поднято над горизонтом, ибо солнце кажется более высоко поднятым по мере приближения к экватору и менее — по мере удаления от него.

Кэролайн. Но если вы не видите солнца, как можно измерить его высоту?

Миссис Б. Когда слишком облачно, чтобы видеть солнце, широту иногда находят ночью по полярной звезде; северный полюс Земли постоянно указывает на одну определенную часть небес, в которой расположена звезда, называемая Полярной звездой: эта звезда видна в ясные ночи из любой части северного полушария; поэтому высота Полярной звезды составляет то же число градусов, что и высота полюса; широту также можно определить по наблюдениям за любой из неподвижных звезд: таким образом, положение судна в море относительно севера и юга легко установить. Трудность заключается в определении востока и запада, то есть долготы. Поскольку у нас нет восточных полюсов, от которых мы могли бы отсчитывать наше расстояние, для этой цели должна быть выбрана какая-то определенная точка или линия. Англичане ведут отсчет от Гринвичского меридиана, где расположена королевская обсерватория; на французских картах вы обнаружите, что долгота отсчитывается от Парижского меридиана.

Вращение Земли вокруг своей оси за 24 часа с запада на восток, как вы знаете, вызывает кажущееся движение солнца и звезд в противоположном направлении, и солнце, по-видимому, обходит Землю за 24 часа, проходя пятнадцать градусов, или двадцать четвертую часть окружности Земли, каждый час; поэтому, когда в Лондоне двенадцать часов, в любом месте, расположенном в пятнадцати градусах к востоку от Лондона, — час дня, так как солнце должно было пройти меридиан этого места на час раньше, чем оно достигнет меридиана Лондона. По той же причине в любом месте, расположенном в пятнадцати градусах к западу от Лондона, — одиннадцать часов, так как солнце придет к этому меридиану лишь часом позже.

Если бы капитан судна в море мог точно знать, который час в Лондоне, он мог бы, взглянув на свои часы и сравнив их с временем в том месте, где он находится, определить долготу.

Эмили. Но если бы он не переводил свои часы с тех пор, как отплыл из Лондона, они показывали бы время, которое в тот момент было в Лондоне.

Миссис Б. Верно; но чтобы узнать время дня в том месте, где он находится, капитан судна сверяет свои часы по солнцу, когда оно достигает меридиана.

Эмили. Тогда, если бы у него было двое часов, он мог бы одни ежедневно сверять, а другие оставить без изменений; первые показывали бы время места, в котором он находится, а вторые — время в Лондоне; и, сравнив их, он смог бы вычислить свою долготу.

Миссис Б. Вы открыли, Эмили, способ определения долготы, который, с удовольствием сообщаю вам, принят повсеместно: для этой цели используются часы превосходной конструкции, называемые хронометрами, или часами для измерения времени, и сейчас они изготавливаются с такой точностью, что не отклоняются более чем на четыре или пять секунд за целый год; но лучшие часы подвержены несовершенствам, и если бы хронометр спешил или отставал, не было бы способа установить ошибку; следовательно, полагаться на них безоговорочно нельзя.

Поэтому иногда прибегают к затмениям спутников Юпитера. Составляется таблица точного времени, в которое происходят затмения различных лун для наблюдателя в Лондоне; когда они кажутся затмившимися для наблюдателя в любом другом месте, он может, заглянув в таблицу, узнать, который час в Лондоне; ибо затмение видно в один и тот же момент из любого места на Земле, откуда его можно наблюдать. Ему остается только посмотреть на свои часы, которые он сверяет по солнцу и которые, следовательно, показывают время места, где он находится, и, наблюдая разницу во времени там и в Лондоне, он может немедленно определить свою долготу.

Предположим, что некая луна Юпитера всегда затмевается в шесть часов вечера; и что человек в море смотрит на свои часы и обнаруживает, что в месте его нахождения десять часов вечера в тот момент, когда происходит затмение, какой будет его долгота?

Эмили. Это на четыре часа позже, чем в Лондоне: четырежды пятнадцать градусов составляют 60; следовательно, он будет находиться в шестидесяти градусах к востоку от Лондона, ибо солнце должно было пройти его меридиан до того, как оно достигнет меридиана Лондона.

Миссис Б. По этой причине время всегда позже, чем в Лондоне, когда место находится в восточной долготе, и раньше, когда оно находится в западной долготе. Таким образом, долготу можно определить всякий раз, когда видны затмения лун Юпитера.

Кэролайн. Но разве первичные планеты иногда не затмевают солнце друг от друга, проходя по своим орбитам?

Миссис Б. Они, конечно, должны иногда проходить между собой и солнцем, но поскольку их тени никогда не достигают друг друга, они скрывают так мало его света, что термин «затмение» в данном случае не используется; это явление называется прохождением. Первичные планеты не вращаются в одной плоскости, и время их обращения вокруг солнца значительно, поэтому лишь редко случается, что они одновременно находятся в соединении с солнцем и в своих узлах. Очевидно также, что планета должна быть нижней (то есть находиться внутри орбиты другой), чтобы она могла пройти по диску солнца. Меркурий и Венера иногда проходили по прямой линии между нами и солнцем, но, находясь на столь большом расстоянии от нас, их тени не простирались так далеко, как до Земли; поэтому на какой-либо части нашего земного шара не возникало темноты; но планета выглядела как маленькое черное пятнышко, проходящее через диск солнца.

Именно благодаря последнему прохождению Венеры астрономы смогли с некоторой степенью точности вычислить расстояние от Земли до солнца и размеры последнего.

Эмили. Я слышала, что на приливы влияет луна, но не могу понять, какое влияние она может на них оказывать.

Они производятся притяжением луны, которая поднимает воды той части океана, над которой проходит луна, так что они становятся значительно выше окружающих частей.

Кэролайн. Действует ли притяжение на воду сильнее, чем на сушу? Я бы подумала, что должно быть как раз наоборот, ведь суша, безусловно, более плотное тело, чем вода?

Миссис Б. Приливы возникают не из-за того, что вода притягивается сильнее, чем суша, ибо это, безусловно, не так; но поскольку сила сцепления жидкостей гораздо меньше, чем у твердых тел, они легче поддаются силе гравитации; вследствие чего воды, находящиеся непосредственно под луной, притягиваются ею, вызывая полный прилив, или то, что обычно называют высокой водой, в том месте, где это происходит. До сих пор теория приливов не трудна для понимания.

Кэролайн. Напротив, нет ничего проще; воды, чтобы подняться под луной, должны оттянуть воды с противоположной стороны земного шара и вызвать отлив, или низкую воду, в тех частях.

Миссис Б. Вы делаете свой вывод несколько поспешно, дорогая; ибо согласно вашей теории, у нас должен был бы быть полный прилив только один раз примерно в двадцать четыре часа, то есть каждый раз, когда мы находимся под луной, в то время как мы обнаруживаем, что за это время у нас бывает два прилива и что у нас и у наших антиподов высокая вода в одно и то же время.

Кэролайн. И все же для луны должно быть невозможно притягивать море в противоположных частях земного шара и в противоположных направлениях одновременно.

Миссис Б. Этот противоположный прилив объяснить несколько сложнее, чем тот, который находится непосредственно под луной; однако, проявив немного внимания, я надеюсь, что смогу дать вам понять объяснение, которое было дано ему астрономами. Следует, однако, признать, что теория по этому предмету сопряжена с некоторыми трудностями. Вы помните, что Земля и луна взаимно притягивают друг друга, но полагаете ли вы, что каждая часть Земли одинаково притягивается луной?

Эмили. Конечно, нет; вы учили нас, что сила притяжения уменьшается с увеличением расстояния, и поэтому та часть Земли, которая дальше всего от луны, должна притягиваться менее сильно, чем та, к которой она ближе всего.

Миссис Б. Этот факт поможет нам в объяснении, которое я собираюсь вам дать.

Чтобы сделать вопрос более простым, предположим, что Земля повсюду покрыта океаном, как показано на (рис. 3, табл. 12). M — это луна, A B C D — Земля. Теперь воды на поверхности Земли, около A, будучи более сильно притянутыми, чем любая другая часть, будут подняты: притяжение луны в B и C меньше, а в D — наименьшее из всех. Высокий прилив в A объясняется прямым притяжением луны; для этого воды оттягиваются от B и C, где, следовательно, будет низкая вода. В D, поскольку притяжение луны значительно уменьшено, воды остаются относительно высокими, каковая высота увеличивается центробежной силой Земли, которая в D больше, чем в A, вследствие ее большего расстояния от общего центра гравитации X между Землей и луной.

Эмили. Значит, прилив A вызван притяжением луны, а прилив D вызван центробежной силой и усилен слабостью притяжения луны в тех частях.

Кэролайн. А когда высокая вода в A и D, низкая вода в B и C: теперь я думаю, что понимаю природу приливов, хотя признаюсь, это не так просто, как я сначала думала.

Но, миссис Б., почему солнце не вызывает приливы, так же как луна; ведь его притяжение больше, чем у луны?

Миссис Б. Оно вызывало бы их на равном расстоянии, но наша близость к луне делает ее влияние более мощным. Солнце, однако, оказывает значительное влияние на приливы и увеличивает или уменьшает их, действуя в соединении с луной или в оппозиции к ней.

Эмили. Я не совсем это понимаю.

Миссис Б. Луна совершает оборот вокруг Земли за месяц; поэтому дважды за это время, в полнолуние и в новолуние, она находится в том же направлении, что и солнце; тогда оба действуют в соединении на Землю и производят очень большие приливы, называемые сизигийными приливами, как показано на рис. 4 в A и B; но когда луна находится в промежуточных частях своей орбиты, то есть в квадратурах, солнце, вместо того чтобы оказывать помощь, ослабляет ее силу, действуя в оппозиции к ней; и производятся меньшие приливы, называемые квадратурными приливами, как показано в M на рис. 5.

Эмили. Я часто наблюдала разницу этих приливов, когда была на морском берегу.

Но поскольку притяжение между луной и Землей взаимно, мы должны производить приливы на луне; и они должны быть более значительными в той пропорции, в какой наша планета больше. И все же луна не кажется овальной формы.

Миссис Б. Вы должны помнить, что для того, чтобы сделать объяснение приливов более ясным, мы предполагаем, что вся поверхность Земли покрыта океаном; но это не так на самом деле ни с Землей, ни с луной, и суша, которая пересекает воду, разрушает регулярность эффекта. Так, при втекании в реки, при огибании мысов и при входе в заливы и бухты вода встречает препятствия, и высокая вода должна наступать гораздо позже, чем это было бы в противном случае.

Кэролайн. Верно; мы можем, однако, быть уверены, что всякий раз, когда наступает высокая вода, луна находится прямо над нашими головами.

Миссис Б. Тоже не так; ибо поскольку подобный эффект производится на той части земного шара, которая находится непосредственно под луной, и на той части, которая наиболее удалена от нее, она не может находиться над головами жителей обоих этих мест одновременно. Кроме того, поскольку орбита луны почти параллельна орбите Земли, она никогда не бывает в зените, кроме как для жителей жаркого пояса.

Кэролайн. В жарком поясе, тогда, я надеюсь, вы признаете, что луна находится непосредственно над или напротив тех мест, где высокая вода?

Миссис Б. Я не могу даже этого признать; ибо океан, естественно участвуя в движении Земли при ее вращении с запада на восток, луна, формируя прилив, должна бороться с восточным движением волн. Вся материя, как вы знаете, по своей инерции оказывает некоторое сопротивление изменению состояния; воды, следовательно, не сразу поддаются притяжению луны, и эффект ее влияния завершается лишь через три часа после того, как она прошла меридиан, где наступает полный прилив.

Когда тело приводится в движение какой-либо силой, его движение может продолжаться после того, как побуждающая сила перестает действовать: это случай со всеми снарядами. Камень, брошенный из руки, продолжает свое движение в течение некоторого времени, пропорционального приложенной к нему силе: существует полная аналогия между этим эффектом и продолжающимся подъемом воды после того, как луна прошла меридиан в каком-либо определенном месте.

Эмили. Скажите, пожалуйста, какова причина того, что прилив каждый день наступает на три четверти часа позже?

Миссис Б. Потому что проходит двадцать четыре часа и три четверти, прежде чем тот же меридиан на нашем земном шаре возвращается под луну. Земля вращается вокруг своей оси примерно за двадцать четыре часа; если бы луна была неподвижна, то та же часть нашего земного шара каждые двадцать четыре часа возвращалась бы под луну; но так как во время нашего ежедневного вращения луна продвигается по своей орбите, Земля должна совершить более чем полный оборот, чтобы привести тот же меридиан напротив луны: нам требуется три четверти часа, чтобы догнать ее. Приливы, следовательно, задерживаются по той же причине, по которой луна восходит позже на три четверти часа каждый день.

Мы теперь, я думаю, завершили наблюдения, которые я должна была сделать вам по предмету астрономии; при нашей следующей встрече я попытаюсь объяснить вам основы гидростатики.

Вопросы

1.(Pg. 108) In what time does the moon revolve round the earth? what is the inclination of her orbit? and how does she accompany the earth?

2.(Pg. 108) As the moon revolves round the earth, and also accompanies it in its annual revolution, in what form would you draw the moon's orbit?

3.(Pg. 109) What causes the moon always to present the same face to the earth, and what must be the length of a day and night to its inhabitants?

4.(Pg. 109) Can the earth be seen from every part of the moon, and will it always exhibit the same appearance?

5.(Pg. 109) What are the changes of the moon called?

6.(Pg. 109) How are these changes explained by fig. 2. plate 11?

7.(Pg. 109) What is meant by her first quarter?

8.(Pg. 109) What by her being horned, and her being gibbous?

9.(Pg. 109) What by her being full?

10.(Pg. 109) What by her third quarter?

11.(Pg. 110) What is meant by her conjunction?—what by her being in opposition?—what by her quadratures?

12.(Pg. 110) By what are eclipses of the sun caused?

13.(Pg. 110) What causes eclipses of the moon?

14.(Pg. 110) What is meant by the moon's nodes?

15.(Pg. 110) Why do not eclipses happen at every new and full moon?

16.(Pg. 110) What causes partial eclipses of the moon?

17.(Pg. 110) When the moon is exactly in one of her nodes, what length of time will she be eclipsed?

18.(Pg. 110) Are total eclipses of the sun frequent, and when they happen what is their extent?

19.(Pg. 111) What does this prove respecting the size of the moon?

20.(Pg. 111) What is shown in fig. 1, plate 12?

21.(Pg. 111) How are lunar eclipses visible, and what is proved by their duration?

22.(Pg. 111) What is illustrated by fig. 2, plate 12?

23.(Pg. 111) What remark is made respecting those planets which have several moons?

24.(Pg. 111) What use is made of the eclipses of the satellites of Jupiter?

25.(Pg. 112) How is the latitude of a place usually found?

26.(Pg. 112) By what other means may latitude be found?

27.(Pg. 112) From what is longitude reckoned?

28.(Pg. 112) How does the rotation of the earth upon its axis, govern the time at different places?

29.(Pg. 113) What two circumstances, if known, will enable you to find your longitude from a given place?

30.(Pg. 113) By what means may a captain find the time at London, and in the place where his ship may be?

31.(Pg. 113) How may the eclipses of Jupiter's satellites be used to find the longitude?

32.(Pg. 113) Give an example.

33.(Pg. 114) How will you know whether the longitude is east or west?

34.(Pg. 114) What is meant by the transit of a planet?

35.(Pg. 114) Why can we see transits of Venus and Mercury only?

36.(Pg. 114) By what are tides caused?

37.(Pg. 114) Why is not a similar effect produced on the land?

38.(Pg. 115) In what two parts of the world is it high water at the same time?

39.(Pg. 115) What circumstances respecting the decrease of attraction are taken into account, in explaining the tides?

40.(Pg. 115) How are the high tides at A and D, and the low ones at B and C, in fig. 3. pl. 12, accounted for?

41.(Pg. 116) Has the sun any influence on the tides, and why is it less than that of the moon?

42.(Pg. 116) What is meant by spring tides, and how are they produced?

43.(Pg. 116) What by neap tides, and how are they caused?

44.(Pg. 116) What circumstances affect the time of the tide in rivers, bays, &c.?

45.(Pg. 117) Why in the open ocean, is it high water, some hours after the moon has passed the meridian?

46.(Pg. 117) Why are the tides three-quarters of an hour later every day?

БЕСЕДА X. О МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ЖИДКОСТЕЙ.

DEFINITION OF A FLUID. DISTINCTION BETWEEN FLUIDS AND LIQUIDS. OF NON-ELASTIC FLUIDS. SCARCELY SUSCEPTIBLE OF COMPRESSION. OF THE COHESION OF FLUIDS. OF THEIR GRAVITATION. OF THEIR EQUILIBRIUM. OF THEIR PRESSURE. OF SPECIFIC GRAVITY. OF THE SPECIFIC GRAVITY OF BODIES HEAVIER THAN WATER. OF THOSE OF THE SAME WEIGHT AS WATER. OF THOSE LIGHTER THAN WATER. OF THE SPECIFIC GRAVITY OF FLUIDS.

МИССИС Б.

Мы до сих пор ограничивали наше внимание механическими свойствами твердых тел, которые были проиллюстрированы и, я надеюсь, полностью запечатлены в вашей памяти беседами, которые мы впоследствии вели об астрономии. Теперь мне необходимо дать вам некоторое представление о механических свойствах жидкостей — науке, которая применительно к жидкостям делится на две части: гидростатику и гидравлику. Гидростатика рассматривает вес и давление жидкостей, а гидравлика — движение жидкостей и эффекты, производимые этим движением. Жидкость — это вещество, которое поддается малейшему давлению. Если вы опустите руку в таз с водой, вы едва почувствуете какое-либо сопротивление.

Эмили. Сила сцепления, значит, я полагаю, менее мощна в жидкостях, чем в твердых телах?

Миссис Б. Да; жидкости, вообще говоря, являются телами меньшей плотности, чем твердые тела. Из слабого сцепления частиц жидкостей и легкости, с которой они скользят друг по другу, делается вывод, что они имеют лишь слабое притяжение друг к другу и что это притяжение одинаково в любом положении их частиц и поэтому не создает сопротивления полной свободе движения между ними.

Кэролайн. Скажите, пожалуйста, в чем различие между флюидом и жидкостью?

Миссис Б. Жидкости составляют только один класс флюидов. Существует другой класс, отличающийся названием упругих флюидов, или газов, который включает воздух атмосферы и все различные виды воздуха, с которыми вы познакомитесь, когда будете изучать химию. Их механические свойства мы рассмотрим позже, а сегодня утром ограничим наше внимание свойствами жидкостей, или неупругих флюидов.

Вода и жидкости в целом едва ли поддаются сжатию, или сдавливанию в меньшее пространство, чем то, которое они занимают естественно. Однако такова крайняя мелкость их частиц, что при сильном сжатии они иногда прокладывают себе путь через поры вещества, которое их удерживает. Это было показано знаменитым экспериментом, проведенным во Флоренции много лет назад. Полый золотой шар был наполнен водой, и при подвергании его сильному давлению вода просачивалась через поры золота, которые покрывала тонкой росой. Многие философы, однако, считают, что на этот эксперимент слишком полагаются, так как не похоже, чтобы он когда-либо был повторен; возможно, поэтому, что мог быть какой-то источник ошибки, который не был обнаружен экспериментаторами. Жидкости, по-видимому, тяготеют более свободно, чем твердые тела; ибо сильное когезионное притяжение частиц последних в некоторой мере противодействует эффекту гравитации. В этом столе, например, сцепление частиц дерева позволяет четырем тонким ножкам поддерживать значительный вес. Если бы сцепление было разрушено, или, другими словами, дерево превращено в жидкость, никакой поддержки ножками не могло бы быть оказано, ибо частицы, более не сцепляясь вместе, каждая давила бы отдельно и независимо и была бы приведена к уровню поверхности Земли.

Эмили. Это отсутствие сцепления, значит, причина того, почему жидкости никогда не могут быть сформированы в фигуры или удерживаться в кучах; ибо хотя это правда, что ветер поднимает воду в волны, они немедленно после этого разрушаются гравитацией, и вода всегда находит свой уровень.

Миссис Б. Понимаете ли вы, что подразумевается под уровнем, или равновесием жидкостей?

Эмили. Я думаю, что понимаю, хотя чувствую себя несколько затрудняющейся объяснить это. Разве жидкость не находится на уровне, когда ее поверхность гладкая и плоская, как это бывает со всеми жидкостями, когда они находятся в состоянии покоя?

Миссис Б. Гладкая, если угодно, но не плоская; ибо определение равновесия жидкости состоит в том, что каждая часть поверхности одинаково удалена от точки, к которой они тяготеют, то есть от центра Земли; следовательно, поверхность всех жидкостей должна быть сферической, а не плоской, поскольку они будут участвовать в сферической форме земного шара. Это очень очевидно в больших телах воды, таких как океан, но сферичность малых тел воды настолько ничтожна, что их поверхности кажутся плоскими.

Этот уровень, или равновесие жидкостей, является естественным результатом того, что их частицы тяготеют независимо друг от друга; ибо когда какая-либо частица жидкости случайно оказывается поднятой над остальными, она притягивается вниз к уровню поверхности жидкости, и готовность, с которой жидкости поддаются малейшему впечатлению, позволит частице своим весом проникнуть в поверхность жидкости и смешаться с ней.

Кэролайн. Но я видела каплю масла, плавающую на поверхности воды, не смешиваясь с ней.

Миссис Б. Они не смешиваются, потому что их частицы отталкивают друг друга, и масло поднимается на поверхность, потому что масло — более легкая жидкость, чем вода. Если бы вы налили воду поверх него, масло все равно поднялось бы, будучи вытесненным вверх превосходящей гравитацией воды. Вот инструмент, называемый спиртовым уровнем (рис. 1, табл. 13), который построен на принципе равновесия жидкостей. Он состоит из короткой трубки A B, закрытой с обоих концов и содержащей немного воды, или, чаще, какого-либо спирта: она наполнена почти полностью, так что остается только маленький пузырек воздуха; когда трубка идеально горизонтальна, этот пузырек занимает ее середину, но когда она не идеально горизонтальна, вода стекает к нижнему концу, а пузырек воздуха или спирта поднимается к верхнему; с помощью этого инструмента можно установить уровень любого места, к которому мы его прикладываем.

Из сильного сцепления их частиц вы можете, следовательно, рассматривать твердые тела как тяготеющие массами, в то время как каждая частица жидкости может рассматриваться как отдельная и тяготеющая независимо от других. Отсюда сопротивление жидкости значительно меньше, чем у твердого тела; ибо сопротивление частиц, действующих отдельно, легче преодолеть.

Эмили. Тело воды при падении, безусловно, причиняет меньше вреда, чем твердое тело того же веса.

Миссис Б. Частицы жидкостей, действуя таким образом независимо, давят друг на друга во всех направлениях, не только вниз, но и вверх, и латерально, или в стороны; и вследствие этого равенства давления каждая частица остается в покое в жидкости. Если вы взболтаете жидкость, вы нарушите это равенство давления, и жидкость не будет в покое, пока ее равновесие не будет восстановлено.

Plate xiii.

Кэролайн. Давление вниз очень естественно; это эффект гравитации; одна частица, давя на другую, нажимает на нее; но давление в стороны, и особенно давление вверх, я не могу понять.

Миссис Б. Если бы не было латерального давления, вода не вытекала бы из отверстия на боку сосуда. Если вы наполните сосуд песком, он не будет продолжать вытекать из такого отверстия, потому что среди его частиц почти нет латерального давления.

Эмили. Когда вода вытекает из бока сосуда, не происходит ли это из-за веса воды над отверстием?

Миссис Б. Если бы частицы жидкостей были расположены регулярными колоннами, вот так (рис. 2), латерального давления не было бы, ибо когда одна частица находится перпендикулярно над другой, она может давить только вниз; но так как постоянно должно случаться, что частица давит между двумя частицами внизу (рис. 3), эти последние должны испытывать латеральное давление.

Эмили. То же самое, как когда клин вбивается в кусок дерева и раздвигает части в стороны.

Миссис Б. Да. Латеральное давление происходит, следовательно, полностью от давления вниз, или веса жидкости сверху; и, следовательно, чем ниже сделано отверстие в сосуде, тем больше будет скорость воды, вырывающейся из него. Вот сосуд с водой (рис. 5) с тремя кранами на разной высоте; мы откроем их, и вы увидите, с какой разной степенью скорости вода выходит из них. Вы понимаете это, Кэролайн?

Кэролайн. О да. Вода из верхнего крана, получая лишь слабое давление из-за близости к поверхности, течет лишь нежно; второй кран, имея больший вес над собой, вода выталкивается с большей скоростью, в то время как самый нижний кран, находясь около дна сосуда, получает давление почти всего тела воды и вырывается с величайшей стремительностью.

Миссис Б. Очень хорошо; и вы должны заметить, что поскольку латеральное давление полностью обязано давлению вниз, оно не затрагивается горизонтальными размерами сосуда, который содержит воду, а только его глубиной; ибо поскольку каждая частица действует независимо от остальных, только колонна частиц непосредственно над отверстием может давить на воду и выталкивать ее.

Эмили. Ширина и ширина сосуда, значит, не могут иметь значения в этом отношении. Латеральное давление на одну сторону в кубическом сосуде, я полагаю, не так велико, как давление вниз на дно.

Миссис Б. Нет; в кубическом сосуде давление вниз будет вдвое больше латерального давления на одну сторону; ибо на каждую частицу на дне сосуда давит колонна всей глубины жидкости, в то время как латеральное давление уменьшается от дна вверх к поверхности, где частицы не имеют давления.

Кэролайн. А откуда происходит давление жидкостей вверх? это кажется мне наиболее необъяснимым, так как оно находится в прямом противоречии с гравитацией.

Миссис Б. И все же это следствие их давления вниз. Когда, например, вы наливаете воду в чайник, вода поднимается в носике до уровня воды в чайнике. На частицы воды на дне чайника давят частицы над ними; этому давлению они поддадутся, если есть какой-то способ освободить путь для вышестоящих частиц, и так как они не могут опуститься, они изменят свое направление и поднимутся в носике.

Предположим, что чайник наполнен колоннами частиц воды, подобными описанным на рис. 4, частица 1 на дне будет давиться латерально частицей 2, и этим давлением будет вытолкнута в носик, где, встречаясь с частицей 3, она давит ее вверх, и это давление будет продолжаться от 3 к 4, от 4 к 5 и так далее, пока вода в носике не поднимется до уровня воды в чайнике.

Эмили. Если бы не это давление вверх, заставляющее воду подниматься в носике, равновесие жидкости было бы разрушено.

Кэролайн. Верно; но тогда чайник широкий и большой, и вес такого большого тела воды, как чайник, может легко вытолкнуть и поддержать такое малое количество, которое заполнит носик. Но был бы произведен тот же эффект, если бы носик и чайник были равных размеров?

Миссис Б. Несомненно, был бы. Вы можете даже обратить эксперимент, налив воду в носик, и вы обнаружите, что вода поднимется в чайнике до уровня воды в носике; ибо давление малого количества воды в носике вытолкнет и поддержит большее количество в чайнике. В давлении вверх, так же как и в латеральном, вы видите, что сила давления зависит полностью от высоты и совершенно независима от горизонтальных размеров жидкости.

Поскольку чайник не прозрачен, давайте попробуем эксперимент, наполнив этот большой стеклянный кубок с помощью этой узкой трубки (рис. 6).

Кэролайн. Смотри, Эмили, как миссис Б. наполняет его, как вода поднимается в кубке, чтобы поддерживать равновесие с водой в трубке.

Теперь, миссис Б., позволите ли вы мне наполнить трубку, налив воду в кубок?

Миссис Б. Это невозможно. Однако вы можете попробовать эксперимент, и я не сомневаюсь, что вы сможете объяснить его неудачу.

Кэролайн. Очень странно, что если столь малая колонна воды, как та, что содержится в трубке, может вытолкнуть и поддержать все содержимое кубка; что вес всей воды в кубке не должен быть способен вытолкнуть малое количество, необходимое для заполнения трубки:— о, я вижу теперь причину, вода в кубке не может вытолкнуть воду в трубке выше ее уровня, и так как конец трубки значительно выше кубка, он никогда не может быть наполнен путем наливания воды в кубок.

Миссис Б. И если вы продолжите наливать воду в кубок, когда он полон, вода будет переливаться через край, вместо того чтобы подниматься выше своего уровня в трубке.

Теперь я объясню вам значение удельного веса тел.

Кэролайн. Что! есть еще один вид гравитации, с которым мы еще не знакомы?

Миссис Б. Нет: удельный вес тела означает просто его вес по сравнению с весом другого тела того же размера. Когда мы говорим, что вещества, такие как свинец и камни, тяжелые, а другие, такие как бумага и перья, легкие, мы говорим сравнительно; то есть, что первые тяжелые, а последние легкие по сравнению с большинством веществ в природе. Назвали бы вы дерево и мел легкими или тяжелыми телами?

Кэролайн. Некоторые виды дерева тяжелые, безусловно, как дуб и красное дерево; другие легкие, как кедр и тополь.

Эмили. Я думаю, я назвала бы дерево в целом тяжелым телом; ибо кедр и тополь легкие только по сравнению с деревом более тяжелого описания. Я в затруднении определить, следует ли классифицировать мел как тяжелое или легкое тело; я была бы склонна сказать первое, если бы он не был легче большинства других минералов. Я вижу, что у нас лишь смутные понятия о легком и тяжелом. Я хотела бы, чтобы был какой-то стандарт сравнения, к которому мы могли бы отнести вес всех других тел.

Миссис Б. Необходимость такого стандарта так сильно ощущалась, что тело было выбрано для этой цели. Какое вещество, по вашему мнению, лучше всего подошло бы для этой цели?

Кэролайн. Это должно быть что-то общеизвестное и легко получаемое; свинец или железо, например.

Миссис Б. Металлы не подошли бы для этой цели по нескольким причинам; они не всегда одинаково компактны, и они редко бывают совсем чистыми; два куска железа, например, хотя и одного размера, могли бы не весить одинаково из-за упомянутых причин.

Кэролайн. Но, миссис Б., если вы сравните вес равных количеств разных тел, они все будут одинаковы. Вы знаете старую поговорку, что фунт перьев так же тяжел, как фунт свинца?

Миссис Б. Когда поэтому мы сравниваем вес разных видов тел, было бы абсурдно брать количества равного веса, мы должны брать количества равного объема; пинты или кварты, а не унции или фунты.

Кэролайн. Очень верно; я запутала себя, думая, что количество относится к весу, а не к мере. Это правда, было бы так же абсурдно сравнивать тела одного размера, чтобы установить, какое из них больше, как сравнивать тела одного веса, чтобы обнаружить, какое из них тяжелее.

Миссис Б. При оценке удельного веса тел, следовательно, мы должны сравнивать равные объемы, и мы обнаружим, что их удельный вес будет пропорционален их весу. Тело, которое было принято в качестве стандарта сравнения, — это дистиллированная или дождевая вода.

Эмили. Я удивлена, что жидкость была выбрана для этой цели, так как она обязательно должна содержаться в каком-то сосуде, и вес сосуда потребуется вычесть.

Миссис Б. Вы обнаружите, что сравнение будет легче сделать с жидкостью, чем с твердым телом; и воду, вы знаете, можно везде получить. Чтобы узнать удельный вес твердого тела, не обязательно класть определенную меру его на одну чашу, а равную меру воды на другую чашу: но просто взвесить тело при испытании сначала в воздухе, а затем в воде. Если вы взвесите кусок золота в стакане воды, не вытеснит ли золото ровно столько воды, сколько равно его собственному объему?

Кэролайн. Конечно, где одно тело, другое не может быть в то же время; так что достаточное количество воды должно быть удалено, чтобы освободить путь для золота.

Миссис Б. Да, кубический дюйм воды, чтобы освободить место для кубического дюйма золота; помните, что учитывается только объем; вес не имеет ничего общего с количеством вытесненной воды, ибо дюйм золота не занимает больше места и поэтому не вытеснит больше воды, чем дюйм слоновой кости или любое другое вещество, которое утонет в воде.

Ну, вы, возможно, будете удивлены, услышав, что золото будет весить меньше в воде, чем оно весило вне ее?

Эмили. И по какой причине?

Миссис Б. Из-за давления частиц воды вверх, которое в некоторой мере поддерживает золото и тем самым уменьшает его вес. Если бы тело, погруженное в воду, было того же веса, что и эта жидкость, оно было бы полностью поддержано ею, точно так же, как вода, которую оно вытесняет, была поддержана до того, как оно освободило путь для твердого тела. Если тело тяжелее воды, оно не может быть полностью поддержано ею; но вода окажет некоторое сопротивление его спуску.

Кэролайн. А сопротивление, которое вода оказывает спуску тяжелых тел, погруженных в нее (поскольку оно происходит от давления частиц жидкости вверх), должно во всех случаях, я полагаю, быть одинаковым?

Миссис Б. Да: сопротивление жидкости пропорционально объему, а не весу погруженного в нее тела; все тела одного размера, следовательно, теряют одинаковое количество своего веса в воде. Можете ли вы составить какое-либо представление, что это за потеря будет?

Эмили. Я думаю, она была бы равна весу вытесненной воды; ибо, поскольку эта часть воды была поддержана до погружения твердого тела, равный вес твердого тела будет поддержан.

Миссис Б. Вы совершенно правы; тело, взвешенное в воде, теряет ровно столько своего веса, сколько равно весу вытесненной им воды; так что если бы вы положили вытесненную воду на чашу, к которой подвешено тело, это восстановило бы равновесие.

Вы должны заметить, что когда вы взвешиваете тело в воде, чтобы установить его удельный вес, вы не должны погружать чашу весов в воду; но либо подвесьте тело к крючку на дне чаши, либо снимите чашу и подвесьте к плечу весов груз, чтобы уравновесить другую чашу, и к этому прикрепите твердое тело для взвешивания (рис. 7). Теперь предположим, что кубический дюйм золота весил 19 унций вне воды и потерял одну унцию своего веса при взвешивании в воде, каков был бы его удельный вес?

Кэролайн. Кубический дюйм воды, который оно вытеснило, должен весить эту одну унцию; и так как кубический дюйм золота весит 19 унций, золото в 19 раз тяжелее воды.

Эмили. Я помню, как видела таблицу сравнительных весов тел, в которой золото, казалось мне, оценивалось в 19 тысяч раз веса воды.

Миссис Б. Вы неправильно поняли значение таблицы. В оценке, на которую вы ссылаетесь, вес воды был принят за 1000. Вы должны заметить, что вес вещества, когда он не сравнивается с весом какого-либо другого, совершенно произволен; и когда вода принята как стандарт, мы можем обозначать ее вес любым числом, каким пожелаем; но тогда вес всех тел, испытанных по этому стандарту, должен быть обозначен пропорциональными числами.

Кэролайн. Мы можем назвать вес воды, например, один, и тогда вес золота был бы девятнадцать; или если мы решим назвать вес воды 1000, вес золота был бы 19 000. Короче говоря, удельный вес означает, во сколько раз больше весит тело, чем равный объем воды.

Миссис Б. Это скорее вес тела по сравнению с частью воды, равной ему по объему; ибо удельный вес многих веществ меньше, чем у воды.

Кэролайн. Тогда вы не можете установить удельный вес таких веществ таким же образом, как у золота; ибо тело, которое легче воды, будет плавать на ее поверхности, не вытесняя никакой ее части.

Миссис Б. Если бы тело было абсолютно без веса, это правда, что оно не вытеснило бы ни капли воды, но тела, о которых мы говорим, все имеют некоторый вес, как бы мал он ни был; и будут, следовательно, вытеснять некоторое количество. Если тело легче воды, оно не опустится до уровня ее поверхности, и поэтому оно не вытеснит столько воды, сколько равно его объему; но только столько, сколько равно его весу. Корабль, вы должны были заметить, погружается на некоторую глубину в воду, и чем тяжелее он нагружен, тем глубже он погружается, так как он всегда вытесняет количество воды, равное его собственному весу.

Кэролайн. Но вы сказали только что, что при погружении золота должен учитываться объем, а не вес тела.

Миссис Б. Это случай со всеми веществами, которые тяжелее воды; но так как те, которые легче, не вытесняют столько, сколько их собственный объем, количество, которое они вытесняют, не является тестом их удельного веса.

Чтобы получить удельный вес тела, которое легче воды, вы должны прикрепить к нему тяжелое, чей удельный вес известен, и погрузить их вместе; удельный вес более легкого тела может быть тогда легко вычислен из наблюдения потери веса, которую оно производит в тяжелом теле.

Эмили. Но разве нет тел, которые имеют точно такой же удельный вес, как вода?

Миссис Б. Несомненно; и такие тела будут оставаться в покое в любом положении, в котором они помещены в воду. Вот кусок дерева, который я достала, потому что он того вида, который имеет точно вес равного объема воды; в какой бы части этого сосуда с водой вы его ни поместили, вы обнаружите, что он останется неподвижным.

Кэролайн. Я сначала положу его на дно; оттуда, конечно, он не может подняться, потому что он не легче воды. Теперь я помещу его в середину сосуда; он ни поднимается, ни опускается, потому что он ни легче, ни тяжелее воды. Теперь я положу его на поверхность воды; но там он немного погружается — в чем причина этого, миссис Б.?

Миссис Б. Поскольку он не легче воды, он не может плавать на ее поверхности; поскольку он не тяжелее воды, он не может опуститься ниже ее поверхности: он опустится, следовательно, только до тех пор, пока верхние поверхности обоих тел не будут на одном уровне, так что кусок дерева будет просто покрыт водой. Если бы вы налили несколько капель воды в сосуд (так нежно, чтобы не придать им количества движения), они смешались бы с водой на поверхности и не опустились бы ниже.

Кэролайн. Я теперь понимаю причину, почему при вытягивании ведра воды из колодца ведро кажется гораздо тяжелее, когда оно поднимается над поверхностью воды в колодце; ибо пока вы поднимаете его в воде, вода внутри ведра, будучи того же удельного веса, что и вода снаружи, будет полностью поддержана давлением воды вверх под ведром, и, следовательно, потребуется очень мало силы, чтобы поднять его; но как только ведро поднимается к поверхности колодца, вы немедленно замечаете увеличение веса.

Эмили. А как вы устанавливаете удельный вес жидкостей?

Миссис Б. С помощью ареометра; этот инструмент сделан из различных материалов и в различных формах, одну из которых я вам покажу. Он состоит из тонкого латунного шара A (рис. 8, табл. 13) с градуированной трубкой B, и удельный вес жидкости оценивается по глубине, на которую инструмент погружается в нее, или по весу, необходимому для погружения его на заданную глубину. Есть маленькое ведерко C, подвешенное на нижнем конце, а также маленькая чашечка на градуированной трубке; в любую из них можно положить маленькие грузы, пока инструмент не погрузится в жидкость до отметки на трубке B; количество веса, необходимое для этого, позволит вам обнаружить удельный вес жидкости.

Я должна теперь попрощаться с вами; но остается еще много наблюдений, которые нужно сделать о жидкостях: мы, следовательно, возобновим этот предмет при нашей следующей встрече.

Вопросы

1.(Pg. 118) What are the two divisions of the science which treats of the mechanical properties of liquids?

2.(Pg. 118) Of what do hydrostatics and hydraulics treat?

3.(Pg. 118) What is a fluid defined to be?

4.(Pg. 118) From what is fluidity supposed to arise?

5.(Pg. 118) Into what two classes are fluids divided?

6.(Pg. 119) What is said of the incompressibility of liquids, and what experiment is related?

7.(Pg. 119) Ought this experiment to be considered as conclusive?

8.(Pg. 119) Why do fluids appear to gravitate more freely than solids?

9.(Pg. 120) When is a fluid said to be in equilibrium?

10.(Pg. 120) What is there in the nature of a fluid, which causes it to seek this level?

11.(Pg. 120) What circumstances occasion oil to float upon water?

12.(Pg. 120) What is the nature and use of the instrument represented in fig. 1, plate 13?

13.(Pg. 120) What difference is there in the gravitation of solid masses, and of fluids?

14.(Pg. 121) What results as regards the pressure of fluids?

15.(Pg. 121) How is this illustrated by fig. 2, 3, plate 13?

16.(Pg. 121) From what does the lateral pressure proceed? and to what is it proportioned, as exemplified in fig. 5, plate 13?

17.(Pg. 122) Has the extent of the surface of a fluid, any effect upon its pressure downwards?

18.(Pg. 122) What will be the difference between the pressure upon the bottom, and upon one side of a cubical vessel?

19.(Pg. 122) What occasions the upward pressure, and how is it explained by fig. 4, plate 13?

20.(Pg. 123) How could the equilibrium of fluids be exemplified by pouring water in at the spout of a tea-pot?

21.(Pg. 123) How by the apparatus represented at fig. 6, plate 13?

22.(Pg. 123) What is meant by the specific gravity of a body?

23.(Pg. 123) What do we in common mean by calling a body heavy, or light?

24.(Pg. 124) Why would not the metals answer to compare other bodies with?

25.(Pg. 124) What must be supposed equal in estimating the specific gravity of a body?

26.(Pg. 124) What has been adopted as a standard for comparison?

27.(Pg. 125) What is the first step in ascertaining the specific gravity of a solid?

28.(Pg. 125) What quantity of water will the solid displace?

29.(Pg. 125) Why will a solid weigh less in water than in air, and to what will the loss of weight be equal?

30.(Pg. 126) What is the arrangement represented by fig. 7, plate 13?

31.(Pg. 126) What is stated of gold as an example?

32.(Pg. 126) In comparing a body with water, this is sometimes called 1000, what must be observed?

33.(Pg. 126) What quantity of water is displaced, by a body floating upon its surface?

34.(Pg. 127) How can you find the specific gravity of a solid which is lighter than water?

35.(Pg. 127) What is observed of a body whose specific gravity is the same as that of water?

36.(Pg. 127) What is the reason that in drawing a bucket of water from a well, its weight is not perceived until it rises above the surface?

37.(Pg. 128) Describe the instrument represented by fig. 8, plate 13, and also how, and for what it is used?

БЕСЕДА XI. О РОДНИКАХ, ФОНТАНАХ И Т. Д.

OF THE ASCENT OF VAPOUR AND THE FORMATION OF CLOUDS. OF THE FORMATION AND FALL OF RAIN, &c. OF THE FORMATION OF SPRINGS. OF RIVERS AND LAKES. OF FOUNTAINS.

КЭРОЛАЙН.

Есть вопрос, который я очень хочу задать вам относительно жидкостей, миссис Б., который часто смущал меня. В чем причина того, что огромное количество дождя, которое выпадает на Землю и просачивается в нее, не повреждает со временем ее твердость? Солнце и ветер, я знаю, сушат поверхность, но они не имеют эффекта на внутренние части, где должно быть огромное накопление влаги.

Миссис Б. Разве вы не знаете, что со временем вся вода, которая просачивается в землю, снова поднимается из нее? Это та же самая вода, которая последовательно образует моря, реки, родники, облака, дождь, а иногда град, снег и лед. Если вы возьмете на себя труд проследить ее через эти различные изменения, вы поймете, почему Земля еще не утонула от количества воды, которое выпало на нее с момента ее создания; и вы даже будете убеждены, что она не содержит ни одной каплей больше воды сейчас, чем она содержала в тот период.

Давайте рассмотрим, как изначально образовались облака. Когда первые лучи солнца согрели поверхность Земли, тепло, разделяя частицы воды, сделало их легче воздуха. Это, вы знаете, случай с паром. Что же тогда следует?

Кэролайн. Когда он легче воздуха, он естественно поднимается; и теперь я вспоминаю, как вы говорили нам на предыдущем уроке, что тепло солнца превращает частицы воды в пар; вследствие чего он поднимается в атмосферу, где образует облака.

Миссис Б. Таким образом, мы уже проследили за водой в двух ее превращениях: из воды она становится паром, а из пара — облаками.

Эмили. Но если этот водяной пар легче воздуха, почему он не продолжает подниматься и почему он снова соединяется, образуя облака?

Миссис Б. Потому что плотность атмосферы уменьшается по мере удаления от земли. Поэтому пар, который солнце заставляет испаряться не только из морей, рек и озер, но и из влаги на суше, поднимается до тех пор, пока не достигнет слоя воздуха своего удельного веса; и там, как вы знаете, он остается неподвижным. Благодаря частому притоку свежего пара он постепенно накапливается, образуя те большие массы пара, которые мы называем облаками; и частицы, в конце концов соединяясь, становятся слишком тяжелыми для того, чтобы воздух мог их поддерживать, и падают на землю.

Кэролайн. Они действительно падают на землю, когда идет дождь; но, согласно вашей теории, я бы предположила, что когда облака становятся слишком тяжелыми для того слоя воздуха, в котором они находятся, они должны опускаться, пока не достигнут слоя воздуха своего веса, а не падать на землю; ведь поскольку облака состоят из пара, они не могут быть тяжелее нижних слоев атмосферы, иначе пар не поднялся бы.

Миссис Б. Если вы рассмотрите то, как опускаются облака, это снимет данное возражение. При падении некоторые водяные частицы попадают в сферу взаимного притяжения и соединяются в форме капли воды. Пар, превращенный таким образом в ливень, тяжелее любой части атмосферы и, следовательно, опускается на землю.

Кэролайн. Как удивительно любопытно!

Миссис Б. Невозможно внимательно рассматривать какую-либо часть природы, не испытывая восхищения перед мудростью, которую она являет; и я надеюсь, что вы никогда не будете созерцать эти чудеса, не чувствуя, как ваше сердце наполняется восхищением и благодарностью к их щедрому Творцу. Заметьте: если бы воды никогда не извлекались из земли, вся растительность была бы уничтожена избытком влаги; если же, с другой стороны, растения не питались бы и не освежались случайными ливнями, засуха была бы для них столь же губительна. Если бы облака постоянно оставались в состоянии пара, они могли бы, как вы заметили, опуститься в более тяжелый слой атмосферы, но никогда не упали бы на землю; или если бы сила сцепления была более чем достаточной для превращения пара в капли, она превратила бы облако в массу воды, которая вместо питания уничтожила бы плоды земли.

Таким образом, вода поднимается в виде пара и опускается в виде дождя, снега или града, которые в конечном итоге становятся водой. Часть ее попадает в различные водоемы на поверхности земного шара, остальная — на сушу. Из последней часть снова поднимается в виде пара, часть поглощается корнями растений, а часть опускается в землю, где образует источники.

Эмили. Значит, нет никакой разницы между дождевой водой и родниковой водой?

Миссис Б. Изначально они одинаковы; но та часть дождевой воды, которая питает источники, растворяет множество посторонних частиц, которые встречает на своем пути, проходя через различные почвы.

Кэролайн. И все же родниковая вода приятнее на вкус, кажется более прозрачной, и, как я полагала, должна быть чище дождевой воды.

Миссис Б. Нет; за исключением дистиллированной воды, дождевая вода — самая чистая из всех, что мы можем получить; именно ее чистота делает ее безвкусной; в то время как различные соли и другие ингредиенты, растворенные в родниковой воде, придают ей особый вкус, который привычка делает приятным; эти соли нисколько не влияют на ее прозрачность; а фильтрация, которую она проходит через гравий и песок, очищает ее от всех посторонних веществ, которые она не способна растворить.

Эмили. Почему же дождевая вода не продолжает опускаться под действием своей гравитации, вместо того чтобы собираться вместе и образовывать источники?

Миссис Б. Когда дождь выпадает на поверхность земли, он продолжает прокладывать себе путь вниз через поры и трещины в почве. Когда несколько капель встречаются на своем подземном пути, они соединяются и образуют маленький ручеек; он, продвигаясь, встречает другие подобные ручейки, и они продолжают свой путь вместе под землей, пока их не остановит какое-либо вещество, например, скала или глина, которое они не могут проницать.

Кэролайн. Но вы говорите, что есть основания полагать, что вода может проникать даже в поры золота, а разве она не может встретить вещество более плотное?

Миссис Б. Но если вода и проникает в поры золота, то только под сильным сжимающим воздействием, как в эксперименте флорентийских ученых; теперь же, при движении к центру земли, на нее не действует никакая иная сила, кроме гравитации, которой недостаточно, чтобы заставить ее пробиться даже через слой глины. Этот вид почвы, хотя и не является необычайно плотным, обладает большой вязкостью и не пропускает частицы воды. Поэтому, когда вода встречает какое-либо вещество подобного рода, ее продвижение останавливается, и она распределяется по пористой почве, а иногда давление накапливающихся вод образует пласт или резервуар. Это будет более ясно объяснено на рис. 9, табл. 13, который представляет собой разрез внутренней части холма или горы. А — это скопление воды, которое, когда заполняется до уровня В (благодаря постоянному притоку воды, получаемому из протоков или ручейков a, a, a, a), находит выход из полости и, движимое гравитацией, течет дальше, пока не проложит себе путь из земли на склоне холма, где и образует источник С.

Кэролайн. Гравитация влечет вниз, к центру земли; а источник на этом рисунке течет в горизонтальном направлении.

Миссис Б. Не совсем. От резервуара до места, где вода выходит из земли, есть некоторый уклон; и гравитация, как вы знаете, будет перемещать тела вниз по наклонной плоскости так же, как и в перпендикулярном направлении.

Кэролайн. Но хотя источник может спускаться при выходе, он должен впоследствии подняться, чтобы достичь поверхности земли; а это прямо противоречит гравитации.

Миссис Б. Источник никогда не может подняться выше уровня резервуара, из которого он выходит; поэтому он должен найти проход к какой-либо части поверхности земли, которая ниже или ближе к центру, чем резервуар. Это правда, что на этом рисунке источник поднимается при прохождении от В к С; но я думаю, немного поразмыслив, вы сможете объяснить это.

Эмили. О, да; это происходит из-за давления жидкостей вверх; и вода поднимается в протоке по тому же принципу, по которому она поднимается в носике чайника; то есть для сохранения равновесия с водой в резервуаре. Теперь, я думаю, я понимаю природу источников: вода будет течь по протоку, будь то вверх или вниз, при условии, что она никогда не поднимается выше резервуара.

Миссис Б. Таким образом воду можно доставлять в любую часть города и в верхние этажи домов, если она изначально подается с высоты, превышающей любую точку, в которую она доставляется. Вы никогда не замечали, когда ремонтировали мостовые улиц, трубы, которые служат протоками для подачи воды через город?

Эмили. Да, часто; и я замечала, что когда какая-либо из этих труб открывалась, вода с большой скоростью устремлялась вверх; что, я полагаю, происходит из-за давления воды в резервуаре, которое выталкивает ее.

Кэролайн. Я помню, как однажды видела очень любопытный стакан, называемый «чашей Тантала»; он состоит из кубка, содержащего маленькую фигурку человека, и какое бы количество воды вы ни наливали в кубок, она никогда не поднимается выше груди фигурки. Вы знаете, как это устроено?

Миссис Б. Это достигается с помощью сифона, или изогнутой трубки, которая скрыта в теле фигурки. Эта трубка поднимается через одну из ног до уровня груди и, поворачиваясь там, опускается через другую ногу, а оттуда через основание кубка, где вода вытекает. (рис. 1, табл. 14.) Когда вы наливаете воду в стакан А, она должна подниматься в сифоне В пропорционально тому, как она поднимается в стакане; и когда стакан наполняется до уровня верхней части сифона, вода вытечет через другую ногу фигурки и будет продолжать вытекать так же быстро, как вы ее наливаете; поэтому стакан никогда не может наполниться выше.

Эмили. Я думаю, новый колодец, который сделали в нашем загородном доме, должен быть такого же типа. У нас была большая нехватка воды, и мой отец потратил значительные средства на то, чтобы вырыть колодец; после того как пришлось пробиться на большую глубину, прежде чем удалось найти воду, наконец был обнаружен источник, но вода поднялась лишь на несколько футов выше дна колодца; а иногда он совсем пересыхает.

Plate xiv.

Миссис Б. Это, однако, не имеет аналогии с чашей Тантала, а объясняется очень возвышенным положением вашего загородного дома.

Эмили. Кажется, я догадываюсь о причине. Вблизи вершины холма не может быть резервуара с водой; так как в таком месте не образуется достаточного количества ручейков для его питания; а без резервуара не может быть источника. Поэтому в таких местах необходимо копать очень глубоко, чтобы встретить источник; и когда мы даем ему выход, он может подняться только до уровня резервуара, из которого он течет, что будет лишь немного, так как резервуар должен быть расположен на значительном расстоянии ниже вершины холма.

Кэролайн. Ваше объяснение кажется очень ясным и убедительным; но я могу опровергнуть его на собственном опыте. На самой вершине холма, недалеко от нашего загородного дома, есть большой пруд, и, согласно вашей теории, было бы невозможно, чтобы в таком месте были источники, питающие его водой. Затем вы знаете, что я пересекала Альпы, и могу заверить вас, что на вершине Мон-Сени, самой высокой горы, через которую мы проходили, есть прекрасное озеро.

Миссис Б. Если бы озеро было на вершине Монблана, который является самым высоким из Альп, это было бы действительно удивительно. Но озеро на Мон-Сени вовсе не противоречит нашей теории источников; ибо эта гора окружена другими, гораздо более высокими, и источники, питающие озеро, должны спускаться из резервуаров воды, образованных в тех горах. Так должно быть и с прудом на вершине холма; несомненно, поблизости есть какой-то более значительный холм, который снабжает его водой.

Эмили. Я прекрасно понимаю, почему вода в нашем колодце никогда не поднимается высоко: но я не понимаю, почему он иногда пересыхает.

Миссис Б. Потому что резервуар, из которого он питается, находясь в возвышенном положении, лишь скудно снабжается водой; поэтому после долгой засухи он может быть осушен, и источник пересохнет, пока резервуар не пополнится свежими дождями. Нередко можно увидеть, как источники текут с большой силой в дождливые сезоны, а в другое время они совершенно сухие.

Кэролайн. Но у нас на участке есть источник, который чаще течет в сухую, чем в дождливую погоду; как это объяснить?

Миссис Б. Источник, вероятно, берет начало из резервуара на большом расстоянии и расположенного очень глубоко в земле: поэтому проходит некоторое время, прежде чем дождь достигает резервуара; и еще значительная часть времени должна пройти, пока вода прокладывает путь от резервуара к поверхности земли; так что сухая погода, вероятно, уже сменила дожди, прежде чем источник начинает течь; и резервуар может быть истощен к тому времени, когда снова наступает дождливая погода.

Кэролайн. Я не сомневаюсь, что так оно и есть, поскольку источник находится в очень низком месте, следовательно, резервуар может быть на большом расстоянии от него.

Миссис Б. Источники, которые текут не постоянно, называются перемежающимися и возникают из-за того, что резервуар снабжается не полностью. Независимо от ситуации, это всегда происходит, когда проток или протоки, которые подают воду в резервуар, меньше тех, которые отводят ее.

Кэролайн. Если она вытекает быстрее, чем втекает, она, конечно, иногда будет пустой. Разве реки также не берут свое начало из источников?

Миссис Б. Да, они обычно берут свое начало в горных странах, где источники наиболее обильны.

Кэролайн. Я поняла вас так, что источники более редки в возвышенных местах.

Миссис Б. Вы не учитываете, что в горных странах в равной степени много как высоких, так и низких мест. Резервуары воды, которые образуются в недрах гор, обычно находят выход либо на их склоне, либо в долине внизу; в то время как подземные резервуары, образованные на равнине, редко могут найти проход к поверхности земли, а остаются скрытыми, если их не обнаружат при рытье колодца. Когда источник однажды выходит на поверхность земли, он продолжает свой путь внешне, всегда стремясь к более низкой земле, ибо он больше не может подняться.

Эмили. Тогда что происходит, если источник, или, как я теперь должна его называть, ручей, попадает в место, окруженное более высокой землей?

Миссис Б. Его течение останавливается; вода накапливается, и образуется лужа, пруд или озеро, в зависимости от размеров водоема. Женевское озеро, по всей вероятности, обязано своим происхождением Роне, которая протекает через него: если бы, когда река впервые вошла в долину, которая сейчас образует ложе озера, она оказалась окруженной более высокими землями, ее воды накапливались бы там до тех пор, пока не поднялись бы до уровня той части долины, где Рона теперь продолжает свой путь за озером, и откуда она течет через долины, иногда образуя другие небольшие озера, пока не достигнет моря.

Эмили. А разве фонтаны не являются по своей природе источниками?

Миссис Б. Точно. Фонтан направляется перпендикулярно вверх через носик или сопло А, через которое он течет; и он поднимется почти так же высоко, как резервуар В, из которого он исходит. (Табл. 14. рис. 2.)

Кэролайн. Почему не совсем так высоко?

Миссис Б. Потому что он встречает сопротивление воздуха при своем подъеме; и его движение затрудняется трением о носик, где он вырывается.

Эмили. Но если трубка, через которую поднимается вода, гладкая, может ли быть какое-либо трение? особенно с жидкостью, частицы которой поддаются малейшему воздействию.

Миссис Б. Трение (как мы заметили на предыдущем уроке) может быть уменьшено полировкой, но никогда не может быть полностью уничтожено; и хотя жидкости менее подвержены трению, чем твердые тела, они все же испытывают его влияние. Другая причина, по которой фонтан не поднимется так высоко, как его резервуар, заключается в том, что вся вода, которая бьет вверх, должна снова опуститься, и при этом она давит или ударяется о нижние части и заставляет их двигаться в стороны, расширяя колонну в головку и делая ее как шире, так и короче, чем она была бы в противном случае.

На нашей следующей встрече мы рассмотрим механические свойства воздуха, который, будучи упругой жидкостью, во многих отношениях отличается от жидкостей.

Вопросы

1.(Pg. 129) Why do not the frequent rains, fill the earth with water?

2.(Pg. 129) Why will vapour rise? to what height will it ascend, and what will it form?

3.(Pg. 129) How may drops of rain be formed?

4.(Pg. 130) What becomes of the water after it has fallen to the earth?

5.(Pg. 130) What is the difference between rain water, and that from springs?

6.(Pg. 130) Why is rain more pure than spring water?

7.(Pg. 130) Why is spring water more agreeable to the palate?

8.(Pg. 131) What causes the water to collect and form springs?

9.(Pg. 131) Why cannot water penetrate through clay?

10.(Pg. 131) What is represented by fig. 9, plate 13?

11.(Pg. 132) How can you account for its rising upwards, as represented at C?

12.(Pg. 132) In conveying water by means of pipes, how must the reservoir be situated?

13.(Pg. 132) What is the instrument called, which is represented in plate 14, fig. 1,—and how does it operate?

14.(Pg. 133) Why are wells rarely well supplied with water, in elevated situations?

15.(Pg. 133) When water is found in elevated situations, whence is it supplied?

16.(Pg. 133) Wells and springs, at some periods well supplied, fail at others; how is this accounted for?

17.(Pg. 134) Some springs flow abundantly in dry weather, which occasionally fail in wet weather, how may this be explained?

18.(Pg. 134) What is meant by intermitting springs?

19.(Pg. 134) Whence do rivers, in general, derive their water?

20.(Pg. 134) Why do springs abound more in mountainous, than in level countries?

21.(Pg. 135) How are lakes formed?

22.(Pg. 135) What causes water to rise in fountains, and how is this explained by figure 2, plate 14?

23.(Pg. 135) Why will not the fountain rise to the height of the water in the reservoir?

БЕСЕДА XII. О МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ВОЗДУХА.

OF THE SPRING OR ELASTICITY OF THE AIR. OF THE WEIGHT OF THE AIR. EXPERIMENTS WITH THE AIR PUMP. OF THE BAROMETER. MODE OF WEIGHING AIR. SPECIFIC GRAVITY OF AIR. OF PUMPS. DESCRIPTION OF THE SUCKING PUMP. DESCRIPTION OF THE FORCING PUMP.

МИССИС Б.

На нашей последней встрече мы рассматривали свойства жидкостей в целом, и более конкретно тех, которые называются неупругими жидкостями, или просто жидкостями.

Существует другой класс жидкостей, отличающийся названием аэроформных, или упругих жидкостей, главной из которых является воздух, которым мы дышим, который окружает землю и называется атмосферой.

Эмили. Значит, существуют другие виды воздуха, помимо атмосферы?

Миссис Б. Да, большое разнообразие; но они различаются только своими химическими, а не механическими свойствами; и поскольку именно последние мы должны изучить, мы не будем в настоящее время исследовать их состав, а ограничим наше внимание механическими свойствами упругих жидкостей в целом.

Кэролайн. И откуда возникает это различие между упругими и неупругими жидкостями?

Миссис Б. Между частицами упругих жидкостей нет силы сцепления; так что расширяющей силе тепла не с чем бороться, кроме гравитации; любое повышение температуры, следовательно, значительно расширяет упругие жидкости, а уменьшение — пропорционально конденсирует их.

Самый существенный момент, в котором воздух отличается от других жидкостей, — это его пружинистость или упругость; то есть его способность увеличиваться или уменьшаться в объеме в зависимости от того, насколько он сжат: способность, которой, как я вам сообщала, жидкости почти полностью лишены.

Эмили. Думаю, я очень хорошо понимаю упругость воздуха из того, что вы говорили о ней ранее; но что меня смущает, так это наличие у него гравитации; если он тяжелый и мы окружены им, почему мы не чувствуем его веса?

Кэролайн. Должно быть невозможно ощущать вес таких бесконечно малых частиц, как те, из которых состоит воздух: частицы, которые слишком малы, чтобы их увидеть, должны быть слишком легкими, чтобы их почувствовать.

Миссис Б. Вы ошибаетесь, моя дорогая; воздух намного тяжелее, чем вы думаете; правда, частицы, из которых он состоит, малы; но тогда подумайте об их количестве: атмосфера простирается в высоту на много миль от земли, и ее гравитация такова, что человек среднего роста, как подсчитано (когда воздух самый тяжелый), выдерживает вес около 14 тонн.

Кэролайн. Неужели! Я бы подумала, что такой вес раздавил бы любого в атомы.

Миссис Б. Так бы оно и было, если бы не равенство давления на каждую часть тела; но когда оно так распределено, мы можем выдержать даже гораздо больший вес без каких-либо значительных неудобств. При купании мы поддерживаем вес и давление воды в дополнение к давлению атмосферы; но поскольку это давление равномерно распределено по телу, мы едва ощущаем его; в то время как если бы ваши плечи, ваша голова или любая другая часть вашего тела были нагружены дополнительным весом в сто фунтов, вы бы вскоре упали под тяжестью. Кроме того, наши тела содержат воздух, пружинистость которого уравновешивает вес внешнего воздуха и делает нас нечувствительными к его давлению.

Кэролайн. Но если бы можно было избавить меня от веса атмосферы, не чувствовала бы я себя более легкой и подвижной?

Миссис Б. Напротив, воздух внутри вас, не встречая внешнего давления, сдерживающего его упругость, раздул бы ваше тело и, в конце концов, разорвав некоторые части, которые его удерживали, положил бы конец вашему существованию.

Кэролайн. Значит, этот вес атмосферы, который, как я опасалась, раздавит меня, в действительности необходим для моего сохранения.

Эмили. Я однажды видела, как человеку ставили банки, и мне сказали, что вздутие части под банкой было вызвано снятием с этой части давления атмосферы; но я не могла понять, как это давление производило такой эффект.

Миссис Б. Воздушный насос дает нам возможность проводить большое разнообразие интересных экспериментов по весу и давлению воздуха: некоторые из них вы уже видели. Не помните ли вы, что в вакууме, созданном внутри воздушного насоса, тела различного веса падали на дно за одно и то же время; почему этого не происходит в атмосфере?

Кэролайн. Я помню, вы говорили нам, что это происходит из-за сопротивления, которое легкие тела встречают со стороны воздуха во время своего падения.

Миссис Б. Или, другими словами, из-за поддержки, которую они получали от воздуха и которая продлевала время их падения. Теперь, если бы воздух был лишен веса, как он мог бы поддерживать другие тела или замедлять их падение?

Теперь я покажу вам другие эксперименты, которые поразительным образом иллюстрируют как вес, так и упругость воздуха. Я привяжу кусок мочевого пузыря к этому стеклянному колоколу, который, как вы заметите, открыт как сверху, так и снизу.

Кэролайн. Почему вы сначала смачиваете мочевой пузырь?

Миссис Б. Он расширяется при намокании и сжимается при высыхании; он также более мягкий и податливый, когда влажный, так что я могу лучше его подогнать, а когда он высохнет, он будет плотнее. Мы должны подержать его над огнем, чтобы высушить; но не слишком близко, чтобы он не лопнул от внезапного сжатия. Давайте теперь закрепим его на воздушном насосе и откачаем воздух из-под него — вы не испугаетесь, если услышите шум?

Эмили. Это было так же громко, как выстрел из ружья, и мочевой пузырь лопнул! Пожалуйста, объясните, как воздух связан с этим экспериментом.

Миссис Б. Это эффект веса атмосферы на верхнюю поверхность мочевого пузыря, когда я убрала воздух с нижней поверхности, так что больше не было противодействия, чтобы уравновесить давление атмосферы на колокол. Вы заметили, как мочевой пузырь вдавливался внутрь под весом внешнего воздуха по мере того, как я откачивала воздух из колокола: и до того, как был создан полный вакуум, мочевой пузырь, не в силах выдержать силу давления, лопнул с тем взрывом, который вы только что слышали.

Теперь я покажу вам эксперимент, который доказывает расширение воздуха, содержащегося внутри тела, когда оно освобождается от давления внешнего воздуха. Вы бы не подумали, что внутри этого сморщенного яблока есть какой-то воздух, судя по его виду; но обратите внимание на него, когда его поместят в колокол, из которого я откачаю воздух.

Кэролайн. Как странно! Оно становится совсем пухлым и выглядит как свежесобранное яблоко.

Миссис Б. Но как только я снова впускаю воздух в колокол, яблоко, как видите, возвращается в свое сморщенное состояние. Когда я убрала давление атмосферы, воздух внутри яблока расширился и раздул его; но как только атмосферный воздух был восстановлен, расширение внутреннего воздуха было остановлено и подавлено, и яблоко сжалось до своих прежних размеров.

Вы можете проделать аналогичный эксперимент с этим маленьким мочевым пузырем, который, как вы видите, совершенно дряблый и, кажется, не содержит воздуха: в этом состоянии я перевяжу горлышко пузыря, чтобы воздух, который остается внутри него, не вышел, а затем помещу его под колокол. Теперь наблюдайте, как я откачиваю воздух из колокола, как пузырь раздувается; это происходит из-за сильного расширения того небольшого количества воздуха, которое было заключено внутри пузыря, когда я его перевязала; но как только я впускаю воздух в колокол, тот, что содержится в пузыре, конденсируется и сжимается в свой малый объем внутри складок пузыря.

Эмили. Эти эксперименты чрезвычайно забавны, и они дают ясные доказательства как веса, так и упругости воздуха; но я хотела бы точно знать, сколько весит воздух.

Миссис Б. Столб воздуха, достигающий вершины атмосферы, основание которого составляет квадратный дюйм, весит около 15 фунтов; следовательно, каждый квадратный дюйм нашего тела выдерживает вес в 15 фунтов: и если вы хотите узнать вес всей атмосферы, вы должны подсчитать, сколько квадратных дюймов на поверхности земного шара, и умножить их на 15.

Эмили. Но разве мы не можем определить вес небольшого количества воздуха?

Миссис Б. С полной легкостью. Я откачаю воздух из этой маленькой бутылки с помощью воздушного насоса: и, опустошив бутылку от воздуха, или, другими словами, создав внутри нее вакуум, я закреплю ее, повернув этот винт, приспособленный к ее горлышку: теперь мы можем найти точный вес этой бутылки, поместив ее на одну из чаш весов. Она весит, как видите, ровно две унции; но когда я поворачиваю винт, чтобы впустить воздух в бутылку, чаша, которая ее содержит, перевешивает.

Кэролайн. Без сомнения, бутылка, наполненная воздухом, тяжелее бутылки без воздуха; и дополнительный вес, необходимый для того, чтобы снова привести весы в равновесие, должен быть точно равен весу воздуха, который теперь содержит бутылка.

Миссис Б. Этот вес, как видите, составляет почти два грана. Размеры этой бутылки — шесть кубических дюймов. Шесть кубических дюймов воздуха, следовательно, при температуре этой комнаты весят почти 2 грана.

Кэролайн. Почему вы учитываете температуру комнаты при оценке веса воздуха?

Миссис Б. Потому что тепло разрежает воздух и делает его легче; поэтому чем теплее воздух, который вы взвешиваете, тем легче он будет.

Если вы теперь пожелаете узнать удельный вес этого воздуха, нам нужно только наполнить ту же бутылку водой и таким образом получить вес равного количества воды — который, как видите, составляет 1515 гран; теперь, сравнивая вес воды с весом воздуха, мы находим, что он находится в пропорции около 800 к 1.

Поскольку вы знакомы с десятичной арифметикой, вы поймете, что я имею в виду, когда скажу вам, что если принять воду за 1000, удельный вес воздуха будет 1,2.

Я покажу вам еще один пример веса атмосферы, который, я думаю, вам понравится: вы знаете, что такое барометр?

Кэролайн. Это прибор, который указывает состояние погоды с помощью трубки с ртутью; но как именно, я не могу сказать.

Миссис Б. Он показывает вес атмосферы, который оказывает большое влияние на погоду. Барометр — это прибор, чрезвычайно простой по своей конструкции. Чтобы вы могли его понять, я покажу вам, как он сделан. Я сначала наполняю ртутью стеклянную трубку А В (рис. 3, табл. 14), длиной около трех футов, открытую только с одного конца; затем, закрыв открытый конец пальцем, я погружаю ее в чашку С, содержащую немного ртути.

Эмили. Часть ртути, которая была в трубке, я замечаю, стекает в чашку; но почему не вся она оседает, ведь это противоречит закону равновесия жидкостей, что ртуть в трубке не должна опуститься до уровня ртути в чашке?

Миссис Б. Ртуть, которая вытекла из трубки в чашку, оставила пустое пространство в верхней части трубки, к которому воздух не может получить доступ; это пространство, следовательно, является идеальным вакуумом; ртуть в трубке освобождена от давления атмосферы, в то время как ртуть в чашке остается подверженной ему.

Кэролайн. О, теперь я понимаю; давление воздуха на ртуть в чашке заставляет ее подниматься в трубке, где нет воздуха, чтобы противодействовать внешнему давлению.

Эмили. Или, скорее, поддерживает ртуть в трубке и предотвращает ее падение.

Миссис Б. Это сводится к одному и тому же; ибо сила, которая может поддерживать ртуть в вакууме, также заставила бы ее подняться, когда она встретила бы вакуум.

Таким образом, вы видите, что равновесие ртути нарушается только для сохранения общего равновесия жидкостей.

Кэролайн. Но этот простой аппарат по внешнему виду очень не похож на барометр.

Миссис Б. Это все, что существенно для барометра. Трубка и чашка, или резервуар со ртутью, закреплены на доске для удобства подвешивания; латунная пластина в верхней части доски градуирована на дюймы и десятые доли дюйма для определения высоты, на которой ртуть стоит в трубке; а небольшая подвижная металлическая пластина служит для того, чтобы показать эту высоту с большей точностью.

Эмили. И на какой высоте вес атмосферы будет поддерживать ртуть?

Миссис Б. Около 28 или 29 дюймов, как вы увидите по этому барометру; но это зависит от веса атмосферы, который сильно варьируется при различных состояниях погоды. Чем больше давление воздуха на ртуть в чашке, тем выше она поднимется в трубке. Теперь можете ли вы сказать мне, тяжелее ли воздух в дождливую или в сухую погоду?

Кэролайн. Не раздумывая ни секунды, воздух должен быть тяжелее в дождливую погоду. Он такой угнетающий и заставляет чувствовать себя такой тяжелой, в то время как в хорошую погоду я чувствую себя легкой, как перышко, и бодрой, как пчела.

Миссис Б. Не лучше ли было бы ответить, немного поразмыслив, Кэролайн? Это убедило бы вас, что воздух должен быть тяжелее в сухую погоду; ибо именно тогда ртуть поднимается в трубке, и, следовательно, ртуть в чашке должна быть сильнее всего сжата воздухом.

Кэролайн. Почему же тогда воздух кажется таким тяжелым в плохую погоду?

Миссис Б. Потому что он менее полезен для здоровья, когда пропитан влагой. Легкие в этих обстоятельствах не работают так свободно, и кровь не циркулирует так хорошо; таким образом, часто возникают препятствия в мелких сосудах, от которых происходят простуды, астмы, лихорадки и т. д.

Эмили. Поскольку атмосфера уменьшается в плотности в верхних слоях, не является ли воздух более разреженным на холме, чем на равнине; и показывает ли барометр эту разницу?

Миссис Б. Конечно. Этот прибор настолько точен в своих показаниях, что используется для измерения высоты гор и оценки высоты воздушных шаров; ртуть опускается в трубке по мере того, как вы поднимаетесь на большую высоту.

Эмили. И не испытывается ли никаких неудобств от разреженности воздуха в таких возвышенных местах?

Миссис Б. О, да; часто. Это иногда бывает тягостно из-за недостаточности для дыхания; и расширение, которое происходит в более плотном воздухе, содержащемся внутри тела, часто бывает болезненным: оно вызывает вздутие и иногда приводит к разрыву мелких кровеносных сосудов в носу и ушах. Кроме того, в таких местах вы более подвержены как жаре, так и холоду; ибо хотя атмосфера сама по себе прозрачна, ее нижние слои изобилуют парами и испарениями от земли, которые плавают в ней и действуют в некоторой степени как покрытие, которое сохраняет нас в равной степени от интенсивности солнечных лучей и от суровости холода.

Кэролайн. Скажите, миссис Б., разве термометр не построен на тех же принципах, что и барометр?

Миссис Б. Вовсе нет. Подъем и падение жидкости в термометре вызываются расширяющей силой тепла и конденсацией, производимой холодом: воздух не имеет к нему доступа. Объяснение этого было бы, следовательно, неуместным для нашей нынешней темы.

Эмили. Я размышляла, что поскольку именно вес атмосферы поддерживает ртуть в трубке барометра, он поддерживал бы столб любой другой жидкости таким же образом.

Миссис Б. Конечно; но поскольку ртуть тяжелее всех других жидкостей, она будет поддерживать более высокий столб любой другой жидкости; ибо две жидкости находятся в равновесии, когда их высота изменяется обратно пропорционально их плотности. Мы находим, что вес атмосферы равен поддержанию столба воды, например, не менее чем в 32 фута над ее уровнем.

Кэролайн. Вес атмосферы, значит, так же велик, как вес тела воды высотой в 32 фута.

Миссис Б. Точно; ибо столб воздуха высотой в атмосферу равен столбу воды около 32 футов или столбу ртути от 28 до 29 дюймов.

Обычный насос зависит от этого принципа. При действии насоса давление атмосферы снимается с воды, которая, вследствие этого, поднимается.

Корпус насоса состоит из большой трубки или трубы, нижний конец которой погружен в воду, которую он предназначен поднимать. К этой трубке прилажен своего рода стопор, называемый поршнем, который заставляют двигаться вверх и вниз с помощью металлического стержня, прикрепленного к центру поршня.

Эмили. Не похоже ли это на шприц, с помощью которого вы сначала втягиваете, а затем выталкиваете воду?

Миссис Б. Похоже; но вы знаете, что мы не хотим выталкивать воду из насоса с того же конца трубы, с которого мы ее втягиваем. Назначение насоса — поднимать воду из источника или колодца; труба, следовательно, помещается перпендикулярно над водой, которая входит в нее через нижний конец, и она выходит через горизонтальный носик ближе к верхней части насоса; для этого, помимо поршня, существуют два приспособления, называемые клапанами. Насос, следовательно, является более сложным механизмом, чем шприц.

Кэролайн. Скажите, миссис Б., разве кожа, которая покрывает отверстие в нижней доске мехов, не является своего рода клапаном?

Миссис Б. Да, клапаны бывают различных форм; любое приспособление, которое позволяет жидкости проходить в одном направлении и предотвращает ее возврат, называется клапаном; клапан мехов и обычного насоса в точности напоминают друг друга. Теперь, я думаю, вы можете понять устройство насоса.

Его различные части изображены на этом рисунке: (рис. 4, табл. 14) А В — это труба или корпус насоса, Р — поршень, V — клапан или маленькая дверца в поршне, которая, открываясь вверх, позволяет воде подниматься через него, но предотвращает ее возврат, и Y — это аналогичный клапан, расположенный ниже в корпусе насоса; Н — это ручка, которая в этой модели служит для работы поршня.

Когда насос находится в состоянии покоя, два клапана закрыты под собственным весом; но когда при работе ручкой насоса поршень поднимается, он поднимает столб воздуха, который покоился на нем, и создает вакуум между поршнем и нижним клапаном Y; воздух под этим клапаном, который находится непосредственно над поверхностью воды, следовательно, расширяется и пробивает себе путь через него; вода, освобожденная от давления воздуха, поднимается в насос. Несколько движений ручки полностью исключают воздух из корпуса насоса и наполняют его водой, которая, пройдя через оба клапана, вытекает из носика.

Кэролайн. Я понимаю это прекрасно. Когда поршень поднимается, воздух и вода последовательно поднимаются в насосе по той же причине, по которой ртуть поднимается в барометре.

Эмили. Я думала, что вода втягивается в насос путем всасывания, так же, как вода может быть втянута через соломинку.

Миссис Б. Так оно и есть, в корпус насоса; ибо сила всасывания — это не что иное, как создание вакуума над одной частью жидкости, в который жидкость выталкивается давлением атмосферы на другую часть. Действие всасывания через соломинку состоит во втягивании и удержании дыхания, чтобы создать вакуум во рту; вследствие чего воздух внутри соломинки устремляется в рот, и за ним следует жидкость, в которую погружен нижний конец соломинки. Принцип, как видите, тот же, и единственная разница заключается в способе создания вакуума. При всасывании мышечные силы выполняют роль поршня и клапана.

Эмили. Значит, вода не может быть поднята насосом выше 32 футов; ибо давление атмосферы не поддержит столб воды выше этой высоты.

Миссис Б. Прошу прощения. Это правда, что расстояние от уровня воды в колодце до клапана в поршне никогда не должно быть таким большим, как 32 фута, иначе вода не поднимется через этот клапан; но как только вода прошла это отверстие, уже не давление воздуха на резервуар заставляет ее подниматься; она поднимается путем подъема, как вы подняли бы ее в ведре, дном которого служил бы поршень. Этот обычный насос, следовательно, называется всасывающим или подъемным насосом, так как он построен на обоих этих принципах. Стержень, к которому прикреплен поршень, должен быть сделан достаточно длинным, чтобы позволить поршню находиться в пределах 32 футов от поверхности воды в колодце, какой бы глубокой она ни была. Существует другой вид насоса, называемый нагнетательным насосом: он состоит из нагнетательной силы, добавленной к всасывающей части насоса. Эта дополнительная сила основана в точности на принципе шприца: поднимая поршень, вы втягиваете воду в насос, а заставляя его опускаться, вы выталкиваете воду наружу.

Кэролайн. Но вода должна выталкиваться из верхней части насоса; и я не могу представить, как это можно сделать при опускании поршня.

Миссис Б. Рис. 5, табл. 14, объяснит трудность. Большая труба А В представляет собой всасывающую часть насоса, которая отличается от подъемного насоса только тем, что ее поршень Р не снабжен клапаном, вследствие чего вода не может подняться выше него. Поэтому, когда поршень опускается, он закрывает клапан Y и выталкивает воду (у которой нет другого выхода) в трубу D: она также снабжена клапаном V, который, открываясь вверх, позволяет воде проходить, но предотвращает ее возврат.

Вода, таким образом, сначала поднимается в насосе, а затем выталкивается в трубу попеременным движением поршня вверх и вниз после нескольких движений ручки для наполнения трубы, откуда вода вытекает из носика.

Эмили. Разве воздушный насос, который вы использовали в экспериментах по пневматике, не работает на тех же принципах, что и всасывающий насос?

Миссис Б. Точно. Воздушный насос, который я использовала (табл. 1, рис. 2), имеет два полых латунных цилиндра, называемых стволами, которые сделаны идеально точно. В каждом из этих стволов есть поршень; они работают вверх и вниз с помощью одной и той же ручки; поршни снабжены клапанами, открывающимися вверх, как у обычного насоса: есть также клапаны, расположенные в нижней части каждого ствола, которые открываются вверх; таким образом, есть два насоса, объединенных для производства того же эффекта: две трубки соединяют эти стволы с пластиной, на которую я поместила колоколы, которые должны были быть откачаны.

Эмили. Теперь я понимаю, как действует воздушный насос; колокол содержит воздух, который откачивается так же, как обычным насосом, прежде чем вода начинает подниматься.

Миссис Б. Объяснив механические свойства воздуха, я думаю, теперь пора закончить наш урок. Когда мы встретимся в следующий раз, я расскажу вам о ветре и звуке, что завершит наши наблюдения над упругими жидкостями.

Кэролайн. А я побегу в сад, чтобы получить удовольствие от работы насосом, теперь, когда я понимаю конструкцию насоса.

Миссис Б. И завтра, я надеюсь, вы сможете сказать мне, нагнетательный это или обычный подъемный насос.

Вопросы

1.(Pg. 136) Into what two kinds are fluids divided?

2.(Pg. 136) There are different kinds of elastic fluids, in what properties are they alike, and in what do they differ?

3.(Pg. 136) In what particular do elastic, differ from non-elastic, fluids?

4.(Pg. 136) What is meant by the elasticity of air?

5.(Pg. 137) What is said respecting the weight of the atmosphere?

6.(Pg. 137) Why do we not feel the pressure of the air?

7.(Pg. 137) What would be the effect of relieving us from atmospheric pressure?

8.(Pg. 138) How may the weight of the air be shown by the aid of the air pump, and a piece of bladder?

9.(Pg. 138) How is this explained?

10.(Pg. 138) How may its elasticity be exhibited, by an apple, and by a bladder?

11.(Pg. 139) What is the absolute weight of a given column of atmospheric air, and how could its whole pressure upon the earth be ascertained?

12.(Pg. 139) How can the weight of a small bulk of air be found?

13.(Pg. 140) In ascertaining the weight of air, we take account of its temperature—Why?

14.(Pg. 140) How could you ascertain the specific gravity of air, and what would it be?

15.(Pg. 140) What are the essential parts of a barometer, as represented plate 14, fig. 3?

16.(Pg. 141) What sustains the mercury in the tube?

17.(Pg. 141) Of what use are the divisions in the upper part of the instrument?

18.(Pg. 141) To what height will the mercury rise, and what occasions this height to vary?

19.(Pg. 141) When is the mercury highest, in wet, or in dry weather?

20.(Pg. 141) What occasions the sensation of oppression, in damp weather?

21.(Pg. 142) Why will the barometer indicate the height of mountains, or of balloons?

22.(Pg. 142) Is any inconvenience experienced by persons ascending to great heights, and from what cause?

23.(Pg. 142) What occasions the rise and fall of the mercury, in a thermometer?

24.(Pg. 142) To what height will the pressure of the atmosphere raise a column of water?

25.(Pg. 142) What governs the difference between the height of the mercury, and of the water?

26.(Pg. 143) How does the common pump, raise water from a well?

27.(Pg. 143) What is meant by a piston?

28.(Pg. 143) Describe the construction, and use, of a valve.

29.(Pg. 143) What are the parts of the pump, as represented, fig. 4, plate 14.?

30.(Pg. 144) How do these parts act, in raising the water?

31.(Pg. 144) In what does that which is commonly called suction, consist?

32.(Pg. 144) How must the piston be situated in the pump?

33.(Pg. 144) What other kind of pump is described?

34.(Pg. 145) How is the forcing pump constructed, as shown in plate 14, fig. 5?

35.(Pg. 145) Describe the construction and operation of the air pump, (fig. 2, plate 1.)

БЕСЕДА XIII. О ВЕТРЕ И ЗВУКЕ.

OF WIND IN GENERAL. OF THE TRADE-WIND. OF THE PERIODICAL TRADE-WINDS. OF THE AERIAL TIDES. OF SOUNDS IN GENERAL. OF SONOROUS BODIES. OF MUSICAL SOUNDS. OF CONCORD OR HARMONY, AND MELODY.

МИССИС Б.

Ну что, Кэролайн, выяснила ли ты, какой насос у тебя в саду?

Кэролайн. Думаю, это просто всасывающий насос, поскольку для подъема рукоятки не требуется больше усилий, чем нужно для поднятия ее собственного веса; а так как в нагнетательном насосе при подъеме рукоятки вода нагнетается в более узкую трубу, сопротивление, которое оказывает вода, должно требовать приложения силы для его преодоления.

Миссис Б. Не сомневаюсь, что ты права; всасывающие насосы, будучи простыми по своей конструкции, встречаются гораздо чаще.

Я обещала сегодня рассказать тебе о природе ветра. Ветер — это не что иное, как движение потока или течения воздуха, обычно вызываемое частичным изменением температуры в атмосфере; ибо когда какая-либо часть нагревается сильнее остальных, она разрежается, воздух вследствие этого поднимается, и равновесие нарушается. Когда это происходит, неизбежно следует движение окружающего воздуха к этой части, чтобы восстановить его; поэтому данное место получает ветры со всех сторон. Те, кто живет к северу от него, ощущают северный ветер; те, кто к югу, — южный; ты понимаешь это?

Кэролайн. Вполне. Но какая погода должна быть у тех людей, которые живут в том месте, где эти ветры встречаются и сталкиваются?

Миссис Б. У них чаще всего бывает бурная и неспокойная погода, смерчи, ураганы, дожди, молнии, гром и т. д. Эта штормовая погода наиболее часто встречается в жарком поясе, где тепло сильнее всего: воздух там более разрежен, чем в любой другой части земного шара, он легче и, следовательно, поднимается; в то время как воздух с севера и юга постоянно притекает, чтобы восстановить равновесие.

Кэролайн. Это движение воздуха создавало бы регулярный и постоянный северный ветер для жителей северного полушария и южный ветер для жителей южного полушария, а также постоянные штормы на экваторе, где эти два встречных ветра сходились бы.

Миссис Б. Эти ветры не встречаются, так как каждый из них меняет свое направление, прежде чем достичь экватора. Солнце, перемещаясь над экваториальными областями с востока на запад, по мере своего движения разрежает воздух и заставляет более плотный восточный воздух течь на запад, чтобы восстановить равновесие, тем самым создавая регулярный восточный ветер около экватора.

Кэролайн. Значит, воздух с запада постоянно движется навстречу солнцу, чтобы исправить нарушение равновесия атмосферы, вызванное его лучами. Но мне интересно, как вы примирите эти различные ветры, миссис Б.; сначала вы заставили меня предположить, что на экваторе идет постоянная борьба между противоположными ветрами, вызывающая штормы и бури; но теперь я слышу об одном регулярном неизменном ветре, который, естественно, должен сопровождаться спокойной погодой.

Эмили. Кажется, я понимаю: не объединяются ли эти ветры с севера и юга с восточным ветром около экватора, образуя то, что называют пассатами?

Миссис Б. Именно так, дорогая. Сочетание двух ветров, северного и восточного, создает постоянный северо-восточный ветер; а сочетание двух ветров, южного и восточного, создает регулярный юго-восточный ветер; эти ветры распространяются примерно на тридцать градусов по обе стороны от экватора, а в регионах, более удаленных от него, ощущаются только соответствующие северные и южные ветры.

Кэролайн. Но, миссис Б., если воздух постоянно течет от полюсов к жарким поясам, должен ли возникать недостаток воздуха в полярных регионах?

Миссис Б. Легкий воздух около экватора, который расширяется и поднимается в верхние слои атмосферы, в конечном итоге течет оттуда обратно к полюсам, чтобы восстановить равновесие: если бы не этот источник, полярные атмосферные области вскоре были бы истощены потоком воздуха, который они постоянно посылают в нижних слоях атмосферы к экватору.

Кэролайн. Значит, в атмосфере существует своего рода циркуляция воздуха: воздух в нижних слоях течет от полюсов к экватору, а в верхних слоях течет обратно от экватора к полюсам.

Миссис Б. Совершенно верно; я могу показать вам пример этой циркуляции в меньшем масштабе. Воздух в этой комнате более разрежен, чем наружный, поэтому ветер или поток воздуха врывается через щели в окнах и дверях, чтобы восстановить равновесие; но легкий воздух, которым наполнена комната, должен найти какой-то выход, чтобы освободить место для тяжелого воздуха, который входит. Если вы приоткроете дверь и подержите свечу у ее верхней части, вы увидите, что пламя отклонится наружу, показывая, что существует поток воздуха, выходящий из верхней части комнаты. Теперь поставьте свечу на пол, рядом с дверью, и вы заметите по наклону пламени, что существует также поток воздуха, входящий в комнату.

Кэролайн. Все именно так; верхний поток — это теплый легкий воздух, который вытесняется, чтобы освободить место для потока холодного плотного воздуха, входящего в комнату внизу.

Миссис Б. Помимо общих ветров, или пассатов, существуют другие, которые называются периодическими, потому что они дуют в противоположных направлениях в определенные периоды.

Эмили. Я слышала, миссис Б., что периодические ветры, называемые в жарком поясе морскими и береговыми бризами, дуют в сторону суши днем и в сторону моря ночью: в чем причина этого?

Миссис Б. Суша отражает в атмосферу гораздо большее количество солнечных лучей, чем вода; поэтому та часть атмосферы, которая находится над сушей, нагревается и разрежается сильнее, чем та, что над морем: это заставляет ветер дуть на сушу, как мы видим, что это регулярно происходит на побережье Гвинеи и в других странах жаркого пояса. Там бывает только морской бриз, но на островах, как правило, бывают и береговой, и морской бризы, причем последний образуется описанным способом; в то время как ночью, во время отсутствия солнца, земля остывает, и воздух, следовательно, сжимается и течет с суши к морю, вызывая береговой бриз.

Эмили. Я много слышала о сильных бурях, вызванных сменой муссонов; разве они не являются также регулярными пассатами?

Миссис Б. Их называют периодическими пассатами, так как они меняют свое направление каждые полгода. Это изменение вызвано годовым движением Земли вокруг Солнца; северный полюс наклонен к этому светилу в течение одной половины года, а южный полюс — в течение другой. В течение лета в северном полушарии страны Аравия, Персия, Индия и Китай сильно нагреваются и отражают большое количество солнечных лучей в атмосферу, из-за чего она становится чрезвычайно разреженной, и равновесие, следовательно, нарушается. Чтобы восстановить его, воздух из экваториальных южных регионов, где он холоднее (а также из более холодных северных частей), должен неизбежно иметь движение в сторону этих областей. Поток воздуха из экваториальных регионов создает пассаты в течение первых шести месяцев во всех морях между нагретым континентом Азии и экватором. В другие шесть месяцев, когда лето в южном полушарии, океан и страны в сторону южного тропика нагреваются сильнее всего, и воздух над этими частями становится более разреженным: тогда воздух около экватора меняет свой курс и течет в прямо противоположном направлении.

Кэролайн. Это объяснение муссонов очень любопытно; но что означает их смена?

Миссис Б. Это название, данное моряками смене периодических ветров; они меняют свое направление не внезапно, а постепенно, по мере того как солнце перемещается из одного полушария в другое: это изменение обычно сопровождается штормами и ураганами, очень опасными для судоходства; поэтому в этих морях редко плавают в сезон равноденствий.

Эмили. Думаю, я прекрасно понимаю ветры в жарком поясе; но что вызывает большое разнообразие ветров, которые встречаются в умеренных поясах? ведь, согласно вашей теории, в этих климатах должны быть только северные и южные ветры.

Миссис Б. Поскольку такая большая часть атмосферы, как та, что находится над жарким поясом, находится в постоянном волнении, эти волнения в упругой жидкости, которая поддается малейшему воздействию, должны распространяться во все стороны на большое расстояние; поэтому воздух во всех климатах будет испытывать большие или меньшие возмущения в зависимости от расположения страны, положения гор, долин и множества других причин: отсюда легко понять, что почти каждый климат должен быть подвержен переменным ветрам; это особенно характерно для высоких широт, где земля менее сильно подвержена воздействию солнечных лучей, чем вблизи экватора.

Кэролайн. Я заметила, что ветер, в какую бы сторону он ни дул, почти всегда стихает к закату солнца.

Миссис Б. Потому что разрежение воздуха в том конкретном месте, которое вызывает ветер, уменьшается по мере того, как солнце склоняется, и, следовательно, скорость ветра падает.

Эмили. Поскольку воздух является гравитирующей жидкостью, не подвержен ли он притяжению Луны и Солнца так же, как воды?

Миссис Б. Несомненно; но воздушные приливы настолько же больше водных, насколько плотность воды превышает плотность воздуха, что, как вы можете помнить, составляет примерно 800 к 1.

Кэролайн. Какое колоссальное вздутие это должно вызывать! Насколько сильно вес такого столба воздуха должен поднимать ртуть в барометре!

Эмили. Поскольку этот огромный прилив воздуха притягивается вверх и как бы поддерживается Луной, его вес и давление, я полагаю, должны скорее уменьшиться, чем увеличиться?

Миссис Б. Вес атмосферы не увеличивается и не уменьшается из-за воздушных приливов. Притяжение Луны увеличивает объем столба воздуха настолько же, насколько уменьшает его вес; эти эффекты, следовательно, уравновешивают друг друга, поэтому воздушные приливы не влияют на барометр.

Кэролайн. Я не совсем это понимаю.

Миссис Б. Давайте предположим, что дополнительный объем воздуха во время прилива поднимает барометр на один дюйм; и, с другой стороны, что поддержка, которую притяжение Луны оказывает воздуху, уменьшает его вес или давление настолько, что ртуть опускается на один дюйм; при таких обстоятельствах ртуть должна оставаться неподвижной. Таким образом, вы видите, что мы никогда не сможем ощутить воздушные приливы с помощью барометра из-за равенства давления атмосферы, независимо от ее высоты.

Существование воздушных приливов, однако, не является гипотетическим; оно доказано эффектом, который они производят на видимое положение небесных тел; но я не могу объяснить вам это, пока вы не поймете свойства света.

Эмили. А когда мы их изучим?

Миссис Б. Сначала я объясню вам природу звука, который тесно связан с природой воздуха; и я думаю, что на нашей следующей встрече мы сможем перейти к теме оптики.

Мы рассмотрели эффекты, производимые широким и протяженным волнением воздуха; но существует другой вид волнения, которому подвержен воздух — вибрационное дрожащее движение, которое, ударяясь о барабанную перепонку уха, производит звук.

Кэролайн. Разве звук не производится твердыми телами? Голос животных, звон колоколов, музыка инструментов — все это исходит от твердых тел. Я не знаю никакого другого звука, кроме звука ветра, который производится воздухом.

Миссис Б. Звук, уверяю вас, является результатом дрожащего движения воздуха; а перечисленные вами звучащие тела — это лишь инструменты, с помощью которых этот особый вид движения передается воздуху.

Кэролайн. Что! Когда я звоню в этот маленький колокольчик, разве это воздух звучит, а не колокольчик?

Миссис Б. И колокольчик, и воздух участвуют в производстве звука. Но звук, строго говоря, — это восприятие, возбуждаемое в сознании движением воздуха, воздействующим на нервы уха; поэтому воздух, как и звучащие тела, приводящие его в движение, является лишь причиной звука, непосредственный эффект производится чувством слуха: ибо без этого чувства звука не было бы.

Эмили. Мне трудно это представить. Человек, рожденный глухим, правда, не имеет представления о звуке, потому что он ничего не слышит; однако это не препятствует реальному существованию звука, как могут засвидетельствовать все те, кто не глух.

Миссис Б. Я не сомневаюсь в существовании звука для всех тех, кто обладает чувством слуха; но он существует не в звучащем теле и не в воздухе, а в сознании человека, чье ухо поражается вибрационным движением воздуха, произведенным звучащим телом. Звук, следовательно, — это ощущение, производимое в живом теле; жизнь так же необходима для его существования, как и для чувства осязания или зрения.

Чтобы убедить вас, что звук не существует в звучащих телах, но что воздух или какая-то другая среда необходимы для его производства, попробуйте позвонить в маленький колокольчик после того, как я подвешу его под колпаком воздушного насоса, из которого я откачаю воздух...

Кэролайн. Это действительно очень странно: хотя я трясу его так сильно, он производит лишь слабый звук.

Миссис Б. Откачав воздух из-под колпака, я прервала связь между воздухом и колокольчиком; последний, следовательно, не может передать свое движение воздуху.

Кэролайн. Вы уверены, что это не стекло, которое покрывает колокольчик, мешает нам его слышать?

Миссис Б. Это вы можете легко выяснить, впустив воздух под колпак, а затем позвонив в колокольчик.

Кэролайн. Очень верно; теперь я слышу его почти так же громко, как если бы стекло его не покрывало; и я больше не могу сомневаться в том, что воздух необходим для производства звука.

Миссис Б. Не абсолютно необходим, хотя и является самым распространенным проводником звука. Жидкости, так же как и воздух, способны передавать вибрационное движение звучащего тела к органу слуха; так как звук можно слышать под водой. Твердые тела также передают звук, в чем я скоро убежу вас с помощью очень простого эксперимента. Я привяжу эту веревку серединой к кочерге; теперь поднимите кочергу с земли за два конца веревки и приложите по одному к каждому уху: я сейчас ударю по кочерге ключом, и вы обнаружите, что звук передается к уху с помощью веревок гораздо более совершенным образом, чем если бы он не имел иного проводника, кроме воздуха.

Кэролайн. Это безусловно так, ибо я почти оглушена шумом. Но что такое звучащее тело, миссис Б.? Ведь все тела способны производить какой-то звук благодаря движению, которое они сообщают воздуху.

Миссис Б. Звучащими называются те тела, которые производят чистые, отчетливые, регулярные и длительные звуки, такие как колокол, барабан, музыкальные струны, духовые инструменты и т. д. Они обязаны этим свойством своей упругости; ибо упругое тело после удара не только возвращается в прежнее положение, но, приобретя количество движения благодаря своей скорости, подобно маятнику, выскакивает в противоположную сторону. Если я оттяну струну А В (рис. 6, таблица 14), закрепленную с обоих концов, к точке С, она не только вернется в исходное положение, но и проследует дальше, к D.

Это ее первая вибрация; по окончании которой она сохранит достаточную скорость, чтобы дойти до E и вернуться обратно к F, что составляет ее вторую вибрацию; третья вибрация донесет ее только до G и H, и так далее, пока сопротивление воздуха не уничтожит ее движение.

Вибрация звучащего тела придает дрожащее движение окружающему воздуху, очень похожее на движение, сообщаемое спокойной воде, когда в нее бросают камень. Это сначала создает небольшую круговую волну вокруг места, куда падает камень; волна распространяется и постепенно передает свое движение соседним водам, создавая подобные волны в значительной степени. Такие же волны создаются в воздухе движением звучащего тела, но с той разницей, что, поскольку воздух является упругой жидкостью, движение состоит не из регулярно распространяющихся волн, а из вибраций; и они состоят из движения вперед и назад, подобного движениям звучащего тела. Они также различаются тем, что одни происходят в плоскости, а другие — во всех направлениях: воздушные волны являются сферическими.

Эмили. Но если воздух движется как вперед, так и назад, как может его движение распространяться настолько, чтобы передавать звук на расстояние?

Миссис Б. Первая сфера волн, которые создаются непосредственно вокруг звучащего тела, при нажатии на прилегающий воздух сжимает его. Сжатый воздух, хотя и устремленный вперед под давлением, реагирует на первый набор волн, отталкивая их назад. Второй набор волн, которые были приведены в движение, в свою очередь передают свое движение и сами отталкиваются назад в результате реакции. Таким образом, в воздухе возникает последовательность волн, соответствующая последовательности волн в воде.

Кэролайн. Вибрации звука должны распространяться гораздо дальше, чем круговые волны в воде, поскольку звук передается на большое расстояние.

Миссис Б. Воздух — это жидкость, гораздо менее плотная, чем вода, поэтому движение передается ему легче. Грохот пушки производит вибрации воздуха, которые распространяются на несколько миль вокруг.

Эмили. Удаленный звук достигает нас через некоторое время, так как он производится в момент выстрела из пушки; и мы видим свет вспышки задолго до того, как слышим грохот.

Миссис Б. Воздух немедленно приводится в движение при выстреле из пушки; но требуется время, чтобы вибрации распространились до любого удаленного места. Скорость звука вычисляется как 1142 фута в секунду.

Кэролайн. С какой поразительной быстротой должны передаваться вибрации! Но скорость звука, я полагаю, меняется вместе со скоростью воздуха, который его передает. Если ветер дует к нам от пушки, мы должны услышать грохот раньше, чем если бы он дул в другую сторону.

Миссис Б. Направление ветра меньше влияет на скорость звука, чем вы можете себе представить. Если ветер дует от нас, он уносит большую часть воздушных волн и делает звук слабее; но он не намного дольше достигает уха, чем если бы ветер дул к нам. Эта равномерная скорость звука позволяет нам определить расстояние до объекта, от которого он исходит; например, до судна в море, стреляющего из пушки, или до грозового облака. Если мы не слышим гром через полминуты после того, как увидели молнию, мы заключаем, что облако находится на расстоянии шести с половиной миль.

Эмили. Скажите, пожалуйста, как производится звук эха?

Миссис Б. Когда воздушные вибрации встречают препятствие, имеющее твердую и ровную поверхность, такую как стена или скала, они отражаются обратно к уху и производят тот же звук во второй раз; но звук тогда будет казаться исходящим от объекта, которым он отражен. Если вибрации падают перпендикулярно на препятствие, они отражаются обратно по той же линии; если косо, звук возвращается косо, в противоположном направлении, причем угол отражения равен углу падения.

Кэролайн. О, тогда, Эмили, я теперь понимаю, почему эхо моего голоса за нашим домом слышно вами гораздо отчетливее, чем мной, когда мы стоим на противоположных концах гравийной дорожки. Мой голос, или, вернее, я должна сказать, вибрации воздуха, которые он вызывает, падают косо на стену дома и отражаются ею к противоположному концу гравийной дорожки.

Эмили. Совершенно верно; и мы заметили, что когда мы стоим посередине дорожки, напротив дома, эхо возвращается к тому, кто говорил.

Миссис Б. Рупоры сконструированы на принципе отражения звука. Голос, вместо того чтобы рассеиваться в открытом воздухе, ограничивается рупором; и вибрации, которые в противном случае распространялись бы в стороны, падают на стенки инструмента и отражаются от разных точек падения, объединяясь с теми вибрациями, которые идут прямо вперед. Таким образом, вибрации принудительно направляются вперед, в направлении рупора, что значительно усиливает звук для человека, находящегося в этом направлении. Рисунок 7, таблица 14, даст вам более ясное представление о рупоре; в нем проведены линии, чтобы представить способ, которым мы можем вообразить отражение звука. Перед рупором есть точка F, которая называется его фокусом, потому что звук там более интенсивный, чем в любом другом месте. Рупор, используемый глухими людьми, действует на том же принципе; хотя он не увеличивает звук в той же степени.

Эмили. Сконструированы ли трубы, используемые в качестве музыкальных инструментов, также на этом принципе?

Миссис Б. Настолько, насколько их форма способствует усилению звука, да; но как музыкальный инструмент труба сама становится звучащим телом, которое заставляют вибрировать, дуя в него, и оно передает свои вибрации воздуху.

Я попытаюсь дать вам в нескольких словах некоторое представление о природе музыкальных звуков, которые, поскольку вы любите музыку, должны быть вам интересны.

Если по звучащему телу ударить таким образом, что его вибрации совершаются через равные промежутки времени, вибрации воздуха будут соответствовать им; и, ударяя таким же регулярным образом по барабанной перепонке уха, они произведут то же равномерное ощущение на слуховой нерв и возбудят ту же равномерную идею в сознании; или, другими словами, мы услышим один музыкальный тон.

Но если вибрации звучащего тела нерегулярны, неизбежно последует путаница воздушных вибраций; ибо вторая вибрация может начаться до того, как закончится первая, встретить ее на полпути при возвращении, прервать ее на пути и произвести резкие, неприятные звуки, которые называются диссонансами.

Эмили. Но каждый набор этих нерегулярных вибраций, если бы он повторялся отдельно и через равные промежутки времени, я полагаю, произвел бы музыкальный тон? Только их нерегулярное вмешательство вызывает диссонанс.

Миссис Б. Конечно. Чем быстрее вибрирует звучащее тело, тем более острым или высоким является производимый звук; и чем медленнее вибрации, тем более низким будет звук.

Кэролайн. Но если я ударяю по любой ноте фортепиано неоднократно, быстро или медленно, она всегда дает один и тот же тон.

Миссис Б. Потому что вибрации одной и той же струны при одной и той же степени натяжения всегда имеют одинаковую продолжительность. Быстрота или медленность вибраций относятся к отдельным тонам, а не к различным звукам, которые они могут составлять, следуя друг за другом. Удары по ноте в быстрой последовательности производят более частое повторение тона, но не увеличивают скорость вибраций струны.

Продолжительность вибраций струн или проволок зависит от их длины, их толщины или веса и степени их натяжения: таким образом, вы видите, что низкие басовые ноты производятся длинными, толстыми, слабо натянутыми струнами; а высокие дискантовые ноты — короткими, тонкими и туго натянутыми струнами.

Кэролайн. Значит, различная длина и размер струн музыкальных инструментов служат для изменения продолжительности вибраций и, следовательно, остроты или низкого звучания нот?

Миссис Б. Да. Среди множества тонов есть такие, которые при совместном звучании радуют слух, производя то, что мы называем гармонией или консонансом. Это происходит из-за согласования вибраций двух звучащих тел; так что некоторые вибрации каждого из них ударяют по уху в одно и то же время. Таким образом, если вибрации двух струн совершаются за равное время, обоими производится один и тот же тон, и говорят, что они находятся в унисоне.

Эмили. Теперь я понимаю, почему, когда я настраиваю свою арфу в унисон с фортепиано, я натягиваю струны туже, если звук слишком низкий, или ослабляю их, если он слишком высокий: это для того, чтобы заставить их вибрировать за равное время со струнами фортепиано.

Миссис Б. Но консонанс, вы знаете, не ограничивается унисоном; ибо два разных тона гармонируют во множестве случаев. Когда вибрации одной струны (или другого звучащего тела) вибрируют в два раза дольше другой, вторая вибрация последней ударит по уху в тот же момент, что и первая вибрация первой; и это консонанс октавы.

Если вибрации двух струн относятся как два к трем, вторая вибрация первой соответствует третьей вибрации последней, производя гармонию, называемую квинтой.

Кэролайн. Значит, когда я ударяю по основной ноте вместе с ее квинтой, я слышу каждую вторую вибрацию одной и каждую третью вибрацию другой в одно и то же время?

Миссис Б. Да; и основная нота, взятая с квартой, также является консонансом, потому что вибрации относятся как три к четырем. Вибрации большой терции с основной нотой относятся как четыре к пяти; а малой терции — как пять к шести.

Есть другие тоны, которые, хотя их нельзя взять вместе, не производя диссонанса, при последовательном исполнении дают нам ту последовательность приятных звуков, которая называется мелодией. Гармония, вы понимаете, возникает из комбинированного эффекта двух или более консонирующих звуков, в то время как мелодия является результатом определенных простых звуков, которые следуют друг за другом. На этих общих принципах основана наука о музыке; но я недостаточно хорошо с ней знакома, чтобы углубляться в нее дальше.

Поэтому мы теперь закончим тему звука; и на нашей следующей встрече перейдем к оптике, в которой мы рассмотрим природу света, зрения и цветов.

Вопросы

1.(Pg. 146) What is wind, and how is it generally produced?

2.(Pg. 146) How do the winds blow, around the place where the air becomes rarefied?

3.(Pg. 146) What effect is likely to be produced where the winds meet?

4.(Pg. 147) In what part of the globe is the air most rarefied, and what is the consequence?

5.(Pg. 147) How do these winds change their direction as they approach the equator?

6.(Pg. 147) How are the trade-winds produced, and how far do they extend?

7.(Pg. 147) How is the equilibrium in the air restored?

8.(Pg. 148) How can contrary currents of air be shown in a room?

9.(Pg. 148) What causes this?

10.(Pg. 148) What is meant by a periodical wind?

11.(Pg. 148) What occasions the land and sea breezes, and where do they prevail?

12.(Pg. 149) What are monsoons?

13.(Pg. 149) How do they change, and what is the cause?

14.(Pg. 149) What is meant by their breaking up, and what effect is in general produced?

15.(Pg. 149) Why is the wind most variable in high latitudes?

16.(Pg. 150) Why is the wind apt to lessen about sunset?

17.(Pg. 150) What effect must the sun and moon produce upon the atmosphere, from their attraction?

18.(Pg. 150) Why do not the ærial tides affect the barometer?

19.(Pg. 151) How is sound produced?

20.(Pg. 151) Does sound exist in the sonorous body, if not, what is it?

21.(Pg. 151) By what experiment might we prove that air is the principal vehicle of sound?

22.(Pg. 152) What other bodies convey sound, and how can it be shown that they do so?

23.(Pg. 152) What is meant by a sonorous body?

24.(Pg. 152) To what do they owe this property?

25.(Pg. 152) How is this explained by fig. 6, plate 14?

26.(Pg. 152) How is it illustrated by a stone thrown into water, and how far does this illustration apply?

27.(Pg. 153) How are the vibrations propagated?

28.(Pg. 153) How can we prove that sound, does not travel as rapidly as light?

29.(Pg. 153) At what rate is sound said to travel?

30.(Pg. 153) Is the velocity much influenced by the direction of the wind?

31.(Pg. 153) How will sound enable us to judge of the distance of objects?

32.(Pg. 154) How are echoes produced?

33.(Pg. 154) What is the operation and effect of the speaking-trumpet (fig. 7, plate 14)?

34.(Pg. 155) How is a musical tone produced?

35.(Pg. 155) What occasions discords?

36.(Pg. 155) Upon what does the acuteness or gravity of a sound depend?

37.(Pg. 155) Does the force, with which a string is struck, affect the rapidity of its vibrations?

38.(Pg. 155) How are the strings made to produce the high and low notes?

39.(Pg. 155) What is meant by harmony, or concord, and how is it produced?

40.(Pg. 156) When are strings said to be in unison?

41.(Pg. 156) How are octaves produced?

42.(Pg. 156) How are fifths produced?

43.(Pg. 156) How major and minor thirds?

44.(Pg. 156) What is meant by melody, and in what particular does it differ from harmony?

Plate xv.

БЕСЕДА XIV. ОБ ОПТИКЕ.

OF LUMINOUS, TRANSPARENT, AND OPAQUE BODIES. OF THE RADIATION OF LIGHT. OF SHADOWS. OF THE REFLECTION OF LIGHT. OPAQUE BODIES SEEN ONLY BY REFLECTED LIGHT. VISION EXPLAINED. CAMERA OBSCURA. IMAGE OF OBJECTS ON THE RETINA.

КЭРОЛАЙН.

Мне не терпится начать наш урок сегодня, миссис Б., ибо я ожидаю, что он будет очень занимательным.

Миссис Б. Оптика — это та ветвь философии, которая рассматривает природу и свойства света. Это, безусловно, одна из самых интересных ветвей натурфилософии, но не одна из самых легких для понимания; поэтому я должна попросить вас уделить мне ваше безраздельное внимание.

Сначала я спрошу, понимаете ли вы значение светящегося тела, непрозрачного тела и прозрачного тела.

Кэролайн. Светящееся тело — это то, которое светится; непрозрачное...

Миссис Б. Не переходите ко второму, пока мы не договоримся об определении первого. Не все тела, которые светятся, являются светящимися; ибо светящееся тело — это то, которое светится собственным светом; как солнце, огонь, свеча и т. д.

Эмили. Значит, полированный металл, когда он блестит с таким блеском, не является светящимся телом?

Миссис Б. Нет, ибо он был бы темным, если бы не получал свет от светящегося тела; поэтому он относится к классу темных, а также непрозрачных тел, который включает в себя все те, которые не являются ни светящимися, ни пропускающими свет сквозь себя.

Эмили. А прозрачные тела — это те, которые пропускают свет сквозь себя, такие как стекло и вода.

Миссис Б. Вы правы. Прозрачные или просвечивающие тела часто называют средами, потому что они позволяют лучам света проходить сквозь них; и говорят, что лучи, которые проходят сквозь них, ими передаются.

Свет, когда он исходит от солнца или любого другого светящегося тела, проецируется вперед по прямым линиям во всех возможных направлениях; так что светящееся тело является не только общим центром, из которого исходят все лучи; но каждая его точка может рассматриваться как центр, который излучает свет во всех направлениях. (Рис. 1, таблица 15.)

Эмили. Но не мешают ли лучи, которые проецируются в разных направлениях и пересекают друг друга, и не препятствуют ли они ходу друг друга?

Миссис Б. Вовсе нет. Частицы света настолько чрезвычайно малы, что никогда не было замечено, чтобы они мешали друг другу. Луч света — это одиночная линия света, проецируемая от светящегося тела; а пучок лучей — это совокупность лучей, исходящих из любой одной точки светящегося тела, как на рис. 2.

Кэролайн. Является ли свет тогда субстанцией, состоящей из частиц, как и другие тела?

Миссис Б. Это спорный вопрос, по которому я не могу претендовать на решение. В некоторых отношениях свет подчиняется законам, управляющим телами; в других он кажется независимым от них: так, хотя его путь направляется законами движения, он, по-видимому, не подвержен влиянию законов гравитации. Никогда не было обнаружено, чтобы он имел вес, хотя было проведено множество интересных экспериментов с целью выяснения этого вопроса; но мы настолько невежественны в отношении сокровенной природы света, что попытка исследовать ее завела бы нас в лабиринт недоумения, если не ошибок; поэтому мы ограничим наше внимание теми свойствами света, которые хорошо установлены.

Вернемся к изучению эффектов излучения света от светящегося тела. Поскольку лучи света проецируются по прямым линиям, когда они встречают непрозрачное тело, через которое они не могут пройти, они останавливаются на своем пути; ибо они не могут двигаться по кривой линии вокруг тела.

Кэролайн. Нет, конечно; ибо потребовалась бы какая-то другая сила, кроме силы проекции, чтобы произвести движение по кривой линии.

Миссис Б. Прерывание лучей света непрозрачным телом, следовательно, создает темноту на противоположной его стороне: и если эта темнота падает на стену, лист бумаги или любой другой объект, она образует тень.

Эмили. Тень, значит, — это не что иное, как темнота, вызванная вмешательством непрозрачного тела, которое препятствует лучам света достичь объекта за ним.

Кэролайн. Почему тогда тени имеют разную степень темноты; ведь я бы предположила, исходя из вашего определения тени, что она должна быть совершенно черной?

Миссис Б. Часто случается, что тень создается непрозрачным телом, прерывающим ход лучей от одного светящегося тела, в то время как свет от другого достигает пространства, где образуется тень; в этом случае тень пропорционально слабее. Это происходит, когда непрозрачное тело освещается двумя свечами: если вы погасите одну из них, тень станет и глубже, и отчетливее.

Кэролайн. Но все же она не будет совершенно темной.

Миссис Б. Потому что она все еще слегка освещена светом, отраженным от стен комнаты и других окружающих объектов.

Вы должны также заметить, что когда тень создается прерыванием лучей от одного светящегося тела, темнота пропорциональна интенсивности света.

Эмили. Я бы предположила обратное; ибо, поскольку свет, отраженный от окружающих объектов на тень, должен быть пропорционален интенсивности света, чем сильнее свет, тем больше будет освещена тень.

Миссис Б. Ваше замечание совершенно справедливо; но поскольку у нас нет средств для оценки степеней света и темноты, кроме как путем сравнения, самый сильный свет будет казаться производящим самую глубокую тень. Отсюда полное солнечное затмение вызывает более ощутимую темноту, чем полночь, так как оно непосредственно контрастирует с сильным светом полудня.

Кэролайн. Появление солнца после затмения должно, благодаря тому же контрасту, казаться удивительно ярким.

Миссис Б. Конечно. Есть несколько вещей, которые следует заметить в отношении формы и размера теней. Если светящееся тело А (рис. 3) больше непрозрачного тела B, тень будет постепенно уменьшаться в размере, пока не закончится в точке.

Кэролайн. Это случай с тенями Земли и Луны; так как Солнце, которое освещает их, больше любого из этих тел. И почему это не так с тенями земных объектов? Их тени, далеко не уменьшаясь, всегда больше объекта и увеличиваются с расстоянием от него.

Миссис Б. При оценке эффекта теней мы должны учитывать размеры светящегося тела; когда светящееся тело меньше непрозрачного тела, тень будет увеличиваться с расстоянием. Это лучше всего будет проиллюстрировано наблюдением тени объекта, освещенного свечой.

Эмили. Я часто замечала, что тень моей фигуры на стене становится больше по мере того, как она дальше от меня, что, несомненно, объясняется тем, что свеча, которая светит на меня, намного меньше меня самой.

Миссис Б. Да. Тень фигуры, как А (рис. 4), варьируется в размере в зависимости от расстояния различных поверхностей B C D E, на которых она описана.

Кэролайн. Я заметила, что две свечи производят две тени от одного и того же объекта; в то время как казалось бы, из того, что вы сказали, что они должны скорее производить только половину тени, то есть очень слабую.

Миссис Б. Количество источников света (в разных направлениях), уменьшая интенсивность теней, увеличивает их количество, которое всегда соответствует количеству источников света; ибо каждый источник света заставляет непрозрачное тело отбрасывать разную тень, как проиллюстрировано на рис. 5, который представляет шар А, освещенный тремя свечами B, C, D; и вы наблюдаете, что свет B производит тень b, свет C — тень c, а свет D — тень d; но ни одна из этих теней не будет очень темной, потому что свет только одной свечи перехватывается шаром; а место все еще освещено остальными двумя.

Эмили. Думаю, мы теперь очень хорошо понимаем природу теней; но скажите, что происходит с лучами света, которые непрозрачные тела задерживают на своем пути и прерывание которых является причиной теней?

Миссис Б. Ваш вопрос ведет к очень важному свойству света — отражению. Когда лучи света встречают непрозрачное тело, они не могут пройти сквозь него, и часть их поглощается им, а часть отражается и отскакивает; точно так же, как упругий мяч отскакивает при ударе о стену.

Под отражением мы подразумеваем, что свет поворачивается обратно через ту же среду, которую он прошел на своем первом пути.

Эмили. И подчиняется ли свет при своем отражении тем же законам, что и твердые упругие тела?

Миссис Б. Точно. Если луч света падает перпендикулярно на непрозрачное тело, он отражается обратно по той же линии, к точке, откуда он исходил. Если он падает косо, он отражается косо, но в противоположном направлении; луч, который падает на отражающую поверхность, называется падающим лучом, а тот, который покидает ее, — отраженным лучом; угол падения всегда равен углу отражения. Вы помните этот закон в механике?

Эмили. О да, прекрасно.

Миссис Б. Если вы закроете ставни, мы впустим луч солнечного света через очень маленькое отверстие, и я смогу показать вам, как он отражается. Я сейчас держу это зеркало так, чтобы луч падал на него перпендикулярно.

Кэролайн. Я вижу луч, который падает на зеркало, но не тот, который отражается им.

Миссис Б. Потому что он поворачивается прямо обратно; и луч падения и луч отражения смешиваются вместе, оба находятся на одной линии, хотя и в противоположных направлениях.

Эмили. Луч тогда, который кажется нам одиночным, на самом деле двойной и состоит из падающего луча, идущего к зеркалу, и отраженного луча, возвращающегося от зеркала.

Миссис Б. Именно так. Мы теперь разделим их, держа зеркало M (рис. 6) таким образом, чтобы падающий луч AB падал на него косо — вы видите, отраженный луч BC уходит в другом направлении. Если мы проведем линию из точки падения B перпендикулярно к зеркалу, она разделит угол падения от угла отражения, и вы увидите, что они равны.

Эмили. Точно; и теперь, когда вы держите зеркало так, что луч падает на него более косо, он также отражается более косо, сохраняя равенство углов падения и отражения.

Миссис Б. Только благодаря отраженным лучам мы видим непрозрачные объекты. Светящиеся тела посылают лучи света непосредственно в наши глаза, но лучи, которые они посылают другим телам, невидимы для нас и видны только тогда, когда они отражаются этими телами в наши глаза.

Эмили. Но разве мы только что не видели луч света при его прохождении от солнца к зеркалу и его отражения? однако ни в том, ни в другом случае эти лучи не были направлены так, чтобы попасть в наши глаза.

Миссис Б. То, что вы видели, было светом, отраженным в ваши глаза мелкими частицами пыли, плавающими в воздухе, на которые луч светил при прохождении к зеркалу и от него.

Кэролайн. И все же я вижу солнце, светящее на тот дом вон там, так ясно, как только возможно.

Миссис Б. На самом деле вы не можете видеть ни одного луча, который проходит от солнца к дому; вы видите с помощью тех лучей, которые входят в ваши глаза; поэтому именно лучи, отраженные домом к вам, а не те, которые исходят прямо от солнца к дому, делают здание видимым для вас.

Кэролайн. Почему тогда одна сторона дома кажется освещенной солнцем, а другая — в тени? ведь если я не могу видеть солнце, светящее на него, весь дом должен казаться в тени.

Миссис Б. Та сторона дома, на которую светит солнце, получает и отражает больше света и поэтому кажется более светлой и яркой, чем сторона, которая находится в тени; ибо последняя освещена только лучами, отраженными на нее другими объектами; эти лучи, следовательно, дважды отражаются, прежде чем достигают вашего зрения; и так как свет в большей или меньшей степени поглощается телами, на которые он попадает, каждый раз, когда луч отражается, его интенсивность уменьшается.

Кэролайн. Все же я не могу примириться с мыслью, что мы не видим солнечные лучи, светящие на объекты, а только те, которые такие объекты отражают к нам.

Миссис Б. Я, однако, не теряю надежды убедить вас в этом. Посмотрите на тот большой водоем; можете ли вы сказать, почему солнце кажется светящим только на одну его часть?

Кэролайн. Нет, правда; ибо весь он одинаково подвержен воздействию солнца. Эта частичная яркость воды часто вызывала мое удивление; но она поразила меня особенно при лунном свете. Я часто наблюдала яркую полосу лунного света на море, в то время как остальная часть воды оставалась в глубокой темноте, и все же не было видимых препятствий, чтобы помешать луне светить одинаково на каждую часть воды.

Миссис Б. При лунном свете эффект более заметен из-за глубокой темноты других частей воды; в то время как при солнечном свете эффект слишком силен для глаза, чтобы иметь возможность наблюдать его так отчетливо.

Кэролайн. Но если солнце действительно светит на каждую часть этого водоема, почему каждая его часть не отражает лучи в мои глаза?

Миссис Б. Отраженные лучи не притягиваются из своего естественного курса вашими глазами. Направление отраженного луча, вы знаете, зависит от направления падающего луча; солнечные лучи, следовательно, которые падают с различной степенью косости на воду, отражаются в направлениях, столь же различных; некоторые из них встретят ваши глаза, и вы увидите их, но те, которые падают в другое место, невидимы для вас.

Кэролайн. Значит, полоса солнечного света, которую мы сейчас видим на воде, состоит из тех лучей, которые в результате отражения попадают мне в глаза?

Миссис Б. Совершенно верно.

Эмили. Но та сторона дома вон там, которая кажется находящейся в тени, действительно освещена солнцем, а его лучи отражаются в другую сторону?

Миссис Б. Нет, это другой случай, не такой, как с водной гладью. Эта сторона дома действительно находится в тени; это западная сторона, на которую солнце не может светить до самого вечера.

Эмили. Значит, те объекты, которые освещены отраженными лучами, и те, на которые падают прямые солнечные лучи, но которые не отражают эти лучи в нашу сторону, кажутся одинаково находящимися в тени?

Миссис Б. Безусловно; ведь мы видим их оба освещенными отраженными лучами. А ту часть водной глади, на которую деревья отбрасывают тень, при каком свете вы видите?

Эмили. Поскольку это не прямые солнечные лучи, значит, это свет, отраженный на нее от других объектов, который она, в свою очередь, отражает нам.

Кэролайн. Но если мы видим все земные объекты благодаря отраженному свету (как и луну), почему они кажутся такими яркими и светящимися? Я полагала, что отраженные лучи должны быть тусклыми и слабыми, как у луны.

Миссис Б. Луна отражает солнечный свет с такой же яркостью, как и любой земной объект. Если вы посмотрите на нее в ясную ночь, она покажется такой же яркой, как водная гладь, стены дома или любой объект, видимый при дневном свете, на который светит солнце. Лучи луны, несомненно, слабы по сравнению с солнечными, но это было бы несправедливое сравнение, ибо первые являются падающими, а вторые — отраженными лучами.

Кэролайн. Верно; а когда мы видим земные объекты при лунном свете, свет отражается дважды и, следовательно, становится пропорционально слабее.

Миссис Б. Проходя через атмосферу, лучи как солнца, так и луны теряют часть своего света. Ибо, хотя чистый воздух является прозрачной средой, свободно пропускающей световые лучи, мы заметили, что вблизи поверхности земли он насыщен парами и испарениями, которыми часть этих лучей поглощается.

Кэролайн. Я часто замечала, что объект на вершине холма кажется более четким, чем объект на таком же расстоянии в долине или на равнине; полагаю, это объясняется тем, что воздух на возвышенности более свободен от паров, и, следовательно, отраженные лучи ярче.

Миссис Б. Это может иметь некоторый заметный эффект, но когда объект на вершине холма имеет на заднем плане светлое небо, контраст с объектом делает его очертания более четкими.

Кэролайн. Теперь я вполне убедилась, что мы видим непрозрачные объекты только благодаря отраженным лучам, но я не понимаю, как эти лучи показывают нам объекты, от которых они исходят.

Миссис Б. В дальнейшем я очень подробно опишу строение глаза, но сейчас замечу, что маленькое круглое пятнышко, которое обычно называют зрачком, собственно и именуется зрачком; а сетчатка — это расширение зрительного нерва в задней части глазного яблока, на которое, как на экран, падают лучи, входящие через зрачок. Световые лучи входят через зрачок глаза и направляются к сетчатке; там они описывают фигуру, цвет и (за исключением размера) формируют идеальное изображение объекта, от которого они исходят. Мы снова закроем ставни и впустим свет через небольшое отверстие, сделанное для этой цели, и вы увидите на стене напротив отверстия картину, подобную той, что отображается на сетчатке глаза. Изображение несколько размыто, но при использовании линзы, чтобы свести лучи в фокус, оно станет очень четким.

Кэролайн. О, как удивительно! Там точное миниатюрное изображение сада, садовника за работой, деревьев, раскачивающихся на ветру. Пейзаж был бы идеальным, если бы не был перевернут: земля находится наверху, а небо внизу.

Миссис Б. Мало просто восхищаться, нужно понимать это явление, которое называется камера-обскура, или темная комната, из-за необходимости затемнять помещение, чтобы продемонстрировать его. Камера-обскура иногда состоит из небольшой коробки, должным образом приспособленной для отображения внешних объектов.

Эта картина, которую вы сейчас видите, создается лучами света, отраженными от различных объектов в саду, которые проходят через отверстие в оконной ставне.

Plate xvi.

Лучи от сверкающего флюгера на вершине беседки А (таблица 16) отображают его в этой точке, а; ибо флюгер, будучи намного выше отверстия в ставне, позволяет проникнуть туда лишь немногим лучам, отраженным им в косо нисходящем направлении. Лучи света, как вы знаете, всегда движутся по прямым линиям; поэтому те, что входят в комнату в нисходящем направлении, продолжат свой путь в том же направлении и, следовательно, упадут на нижнюю часть стены напротив отверстия и отобразят флюгер перевернутым в этой точке, вместо того чтобы быть в прямом положении в самой верхней части пейзажа.

Эмили. А лучи света от ступеней (В) беседки при входе в отверстие поднимаются и опишут эти ступени в самой высокой, а не в самой низкой части пейзажа.

Миссис Б. Заметьте также, что лучи, идущие от беседки, которая находится слева от нас, описывают ее на стене справа; в то время как те, что отражаются ореховым деревом, С D, справа от нас, очерчивают его фигуру на картине слева, c d. Таким образом, лучи, идущие в разных направлениях и движущиеся всегда по прямым линиям, пересекаются при входе через отверстие; те, что идут сверху, направляются вниз, те, что справа, идут влево, те, что слева, — вправо; таким образом, каждый объект представлен на картине как занимающий положение, прямо противоположное тому, которое он занимает в природе.

Кэролайн. За исключением цветочного горшка, E F, который, хотя его положение и перевернуто, не изменил своего места в пейзаже.

Миссис Б. Цветочный горшок находится прямо перед отверстием; так что его лучи падают на него перпендикулярно и, следовательно, направляются перпендикулярно к стене, где они очерчивают объект прямо за отверстием.

Эмили. И именно так картина объектов рисуется на сетчатке глаза?

Миссис Б. Совершенно верно. Зрачок глаза, через который входят световые лучи, представляет собой отверстие в оконной ставне, а изображение, очерченное на сетчатке, в точности подобно картине на стене.

Кэролайн. Вы не хотите сказать, что мы видим только изображение объекта, которое нарисовано на сетчатке, а не сам объект?

Миссис Б. Если под зрением вы понимаете то чувство, с помощью которого присутствие объектов воспринимается разумом посредством глаз, то мы, безусловно, видим только изображение этих объектов, нарисованное на сетчатке.

Кэролайн. Это кажется мне совершенно невероятным.

Миссис Б. Нервы — единственная часть нашего организма, способная к ощущению: поэтому они представляются инструментами, которые разум использует в своем восприятии, ибо ощущение всегда передает идею разуму. Теперь известно, что наши нервы могут быть затронуты только при контакте; и по этой причине органы чувств не могут действовать на расстоянии: например, мы способны чувствовать запах только тех частиц, которые фактически находятся в контакте с нервами носа. Мы уже отмечали, что аромат цветка состоит из эффлювий, составленных из мельчайших частиц, которые проникают в ноздри и ударяют по обонятельным нервам, которые мгновенно передают идею запаха разуму.

Эмили. А звук, хотя и говорят, что его слышат на расстоянии, на самом деле слышен только тогда, когда вибрации воздуха, которые доносят его до наших ушей, ударяют по слуховому нерву.

Кэролайн. Не требуется никаких объяснений, чтобы доказать, что чувства осязания и вкуса возбуждаются только при контакте.

Миссис Б. И я надеюсь убедить вас, что чувство зрения таково же. Нервы, составляющие чувство зрения, не отличаются по своей природе от нервов других органов; они являются лишь инструментами, которые передают идеи разуму и могут быть затронуты только при контакте. Теперь, поскольку реальные объекты не могут быть приведены в соприкосновение со зрительным нервом, их изображение передается туда лучами света, исходящими от реальных объектов, которые фактически ударяют по зрительному нерву и формируют то изображение, которое воспринимает разум.

Кэролайн. Пока я слушаю ваши рассуждения, я чувствую убежденность, но когда я смотрю на окружающие объекты и думаю, что я не вижу их, а лишь их изображение, нарисованное в моих глазах, моя вера снова колеблется. Я не могу примириться с мыслью, что я не вижу на самом деле эту книгу, которую держу в руке, ни слова, которые я читаю в ней.

Миссис Б. Вам никогда не казалось странным, что вы никогда не видели своего собственного лица?

Кэролайн. Нет, потому что я так часто вижу его точное изображение в зеркале.

Миссис Б. Вы видите гораздо более точное изображение объектов на сетчатке вашего глаза: это гораздо более совершенное зеркало, чем любое созданное искусством.

Эмили. Но возможно ли, чтобы обширный пейзаж, который я сейчас созерцаю из окна, был представлен на таком малом пространстве, как сетчатка глаза?

Миссис Б. Искусство не смогло бы нарисовать столь малую и четкую миниатюру, но природа работает более верной рукой и более тонкой кистью. Только та сила, которая формирует перья бабочки и органы самого крошечного насекомого, может изобразить столь восхитительную и совершенную миниатюру, как та, что представлена на сетчатке глаза.

Кэролайн. Но, миссис Б., если мы видим только изображение объектов, почему мы не видим их перевернутыми, как вы показали нам в камере-обскуре? Разве это не сильный аргумент против вашей теории?

Миссис Б. Надеюсь, не неопровержимый. Изображение на сетчатке, правда, перевернуто, как в камере-обскуре, поскольку лучи от разных частей пейзажа пересекаются при входе в зрачок точно так же, как они делают это при входе в камеру-обскуру. Однако сцена не вызывает ощущения перевернутости, потому что мы всегда видим объект в направлении лучей, которые он посылает нам.

Эмили. Признаюсь, я этого не понимаю.

Миссис Б. Думаю, это сложный момент для ясного объяснения. Луч, который исходит от верхней части объекта, описывает изображение на нижней части сетчатки; но опыт научил нас, что направление этого луча идет сверху, поэтому мы считаем ту часть объекта, которую он представляет, самой верхней. Лучи, исходящие от нижней части объекта, падают на верхнюю часть сетчатки; но поскольку мы знаем, что их направление идет снизу, мы видим ту часть объекта, которую они описывают, как самую нижнюю.

Кэролайн. Когда я хочу увидеть объект выше меня, я смотрю вверх; когда объект ниже меня, я смотрю вниз. Разве это не доказывает, что я вижу сами объекты? Ибо если бы я видела только изображение, не было бы необходимости смотреть вверх или вниз в зависимости от того, выше или ниже меня находится объект.

Миссис Б. Прошу прощения. Когда вы смотрите вверх на возвышающийся объект, это делается для того, чтобы лучи, отраженные от него, упали на сетчатку ваших глаз; но само обстоятельство направления глаз вверх убеждает вас в том, что объект возвышен, и учит вас считать самым верхним изображение, которое он формирует на сетчатке, хотя на самом деле оно представлено в самой нижней ее части. Когда вы смотрите вниз на объект, вы делаете вывод на основе аналогичных рассуждений; именно так мы видим все объекты в направлении лучей, которые достигают наших глаз.

Но у меня есть еще одно доказательство в пользу того, что я выдвинула, которое, надеюсь, развеет ваши оставшиеся сомнения: однако я отложу его до нашей следующей встречи, так как урок сегодня был достаточно долгим.

Вопросы

1.(Pg. 157) What is optics?

2.(Pg. 157) What is meant by a luminous body?

3.(Pg. 157) What is meant by a dark body, and what by an opaque body?

4.(Pg. 157) What are transparent bodies?

5.(Pg. 157) What is a medium?

6.(Pg. 158) How is light projected from luminous bodies, and how, from every point of such bodies, (fig. 1, plate 15?)

7.(Pg. 158) Why do not the rays of light from different points, stop each other's progress?

8.(Pg. 158) What is a ray, and what a pencil of rays? fig. 2, plate 15.

9.(Pg. 158) Do we know whether light is a substance, similar to bodies in general?

10.(Pg. 158) When a ray of light falls upon an opaque body, what is the result?

11.(Pg. 159) In what does shadow consist?

12.(Pg. 159) Why are they, in general, but partially dark?

13.(Pg. 159) Upon what does the intensity of a shadow depend?

14.(Pg. 159) How are shadows affected by the size of the luminous body, as represented in plate 15, fig. 3?

15.(Pg. 159) When is the shadow larger than the intercepting body?

16.(Pg. 160) What is explained by fig. 4, plate 15?

17.(Pg. 160) What will be the effect of several lights, as in fig. 5, plate 15?

18.(Pg. 160) Why will neither of these shadows be very dark?

19.(Pg. 160) What becomes of the light which falls upon an opaque body?

20.(Pg. 160) What is meant by reflection?

21.(Pg. 161) What is meant by the incident, and reflected rays?

22.(Pg. 161) What is the result, when the incident ray falls perpendicularly, and what, when it falls obliquely?

23.(Pg. 161) What two angles are always equal in this case?

24.(Pg. 161) To what law in mechanics, is this analogous, as represented in fig. 4, plate 2?

25.(Pg. 161) What is represented by fig. 6, plate 15?

26.(Pg. 161) By what light are we enabled to see opaque, and by what, luminous bodies?

27.(Pg. 161) What enables us to see a ray of light in its passage, through a darkened room?

28.(Pg. 162) By what reasoning would you prove that an object, such, for example, as a house, is seen by reflected light?

29.(Pg. 162) Why may one side of such object appear more bright than another side?

30.(Pg. 162) How is the fact exemplified by the sun, or moon, shining upon water?

31.(Pg. 162) Why is this best evinced by moonlight?

32.(Pg. 163) By what light do we see the moon, and why is it comparatively feeble?

33.(Pg. 163) What circumstance, renders objects seen by moonlight, still less vivid?

34.(Pg. 164) What is meant by the pupil of the eye?

35.(Pg. 164) What by the retina?

36.(Pg. 164) How do the rays of light operate on the eye in producing vision?

37.(Pg. 164) How may this be exemplified, in a darkened room?

38.(Pg. 164) What is meant by a camera obscura?

39.(Pg. 164) How is it explained in plate 16?

40.(Pg. 165) Why are the objects inverted and reversed?

41.(Pg. 165) What analogy is there between the camera obscura, and the eye?

42.(Pg. 165) Is it the object, or its picture on the retina, which presents to the mind an idea of the object seen?

43.(Pg. 166) By what organs is sensation produced, and how must these organs be affected?

44.(Pg. 166) How will the idea of contact, apply to objects not touching the eye?

45.(Pg. 167) Why do not objects appear reversed to the eye, as in the camera obscura?

БЕСЕДА XV. ОПТИКА — продолжение. ОБ УГЛЕ ЗРЕНИЯ И ОТРАЖЕНИИ В ЗЕРКАЛАХ.

ANGLE OF VISION. REFLECTION OF PLAIN MIRRORS. REFLECTION OF CONVEX MIRRORS. REFLECTION OF CONCAVE MIRRORS.

КАРОЛАЙН.

Что ж, миссис Б., мне не терпится услышать, какие еще доказательства вы можете предложить в поддержку своей теории. Вы должны признать, что было довольно досадно, что вы отпустили нас так, как сделали это на нашей последней встрече.

Миссис Б. Вы так сильно давите на меня своими возражениями, что должны дать мне время собрать свои силы.

Можете ли вы сказать мне, Кэролайн, почему объекты на расстоянии кажутся меньше, чем они есть на самом деле?

Кэролайн. Я не знаю другой причины, кроме их расстояния.

Миссис Б. Это факт, что расстояние заставляет объекты казаться меньше, но констатировать факт — не значит назвать причину. Мы должны снова обратиться к камере-обскуре, чтобы объяснить это обстоятельство; и вы обнаружите, что различные видимые размеры объектов на разных расстояниях происходят от того, что мы видим не сами объекты, а лишь их изображение на сетчатке. Рис. 1, таблица 17, представляет ряд деревьев, как они видны в камере-обскуре. Я выразила направление лучей от объектов к изображению линиями. Теперь заметьте: луч, который идет от верхушки ближайшего дерева, и тот, который идет от основания того же дерева, встречаются у отверстия, образуя угол около двадцати пяти градусов; угол, под которым мы видим любой объект, называется визуальным углом, или углом зрения. Эти лучи пересекаются у отверстия, образуя равные углы по обе стороны от него, и представляют дерево перевернутым в камере-обскуре. Размеры изображения значительно меньше размеров объекта, но пропорции полностью сохранены.

Plate xvii.

Теперь давайте заметим верхний и нижний луч от самого дальнего дерева; они образуют угол не более двенадцати или пятнадцати градусов и изображение пропорциональных размеров. Таким образом, два объекта одинакового размера, как два дерева аллеи, образуют фигуры разных размеров в камере-обскуре в зависимости от их расстояния; или, другими словами, в зависимости от угла зрения, под которым они видны. Вы понимаете это?

Кэролайн. Полностью.

Миссис Б. Тогда вам остается только предположить, что изображение в камере-обскуре подобно изображению на сетчатке.

Теперь, поскольку объекты одинаковой величины кажутся разных размеров, когда они находятся на разном расстоянии от нас, позвольте спросить вас, что именно вы видите: реальные объекты, которые, как мы знаем, не меняются в размере, или изображения, которые, как мы знаем, меняются в зависимости от угла зрения, под которым мы их видим?

Кэролайн. Должна признаться, что разум на стороне последних. Но разве тот стул в дальнем конце комнаты формирует на моей сетчатке изображение гораздо меньше, чем этот, который рядом со мной? Они кажутся совершенно одинакового размера.

Миссис Б. Наши чувства несовершенны, но опыт, который мы приобретаем с помощью чувства осязания, исправляет иллюзии нашего зрения в отношении объектов, находящихся в пределах нашей досягаемости. Вы настолько полностью убеждены в реальном размере объектов, которые можете потрогать, что не обращаете внимания на кажущуюся разницу.

Кажется ли вам тот дом намного меньше, чем когда вы находитесь рядом с ним?

Кэролайн. Нет, потому что он очень близко к нам.

Миссис Б. И все же вы можете видеть его целиком через одно из окон этой комнаты. Изображение дома на вашей сетчатке должно, следовательно, быть меньше, чем изображение окна, через которое вы его видите. Именно ваше знание реальной величины дома мешает вам обращать внимание на его кажущийся размер. Если бы вы привыкли рисовать с натуры, вы бы полностью осознали эту разницу.

Эмили. И скажите, пожалуйста, какова причина того, что, когда мы смотрим вдоль аллеи, деревья не только кажутся меньше по мере удаления, но и постепенно сближаются, пока не сойдутся в одной точке?

Миссис Б. Не только деревья, но и дорога, разделяющая два ряда, образует меньший визуальный угол по мере того, как она дальше от нас; поэтому ширина дороги постепенно уменьшается, так же как и размер деревьев, пока, наконец, дорога не заканчивается в точке, в которой, кажется, сходятся деревья.

Эмили. Я очень рада это понять, ибо недавно начала изучать перспективу, которая казалась мне очень сухим предметом; но теперь, когда я знакома с некоторыми принципами, на которых она основана, я найду ее гораздо более интересной.

Кэролайн. При рисовании вида с натуры кажется, что мы копируем не реальные объекты, а изображение, которое они формируют на сетчатке наших глаз?

Миссис Б. Безусловно. В скульптуре мы копируем природу такой, какой она реально существует; в живописи мы представляем ее такой, какой она нам кажется.

Мы должны теперь завершить наблюдения, которые осталось сделать по поводу угла зрения.

Если лучи, исходящие от конечностей объекта при обычном уровне освещенности, не входят в глаз под углом более двух секунд, что составляет 1/1800 часть градуса, он невидим. Следовательно, существуют два случая, когда объекты могут быть невидимы: если они либо настолько малы, либо настолько далеки, что образуют угол менее двух секунд градуса.

Точно так же, если скорость тела не превышает 20 градусов в час, его движение незаметно.

Кэролайн. Очень быстрое движение может быть незаметным, при условии, что расстояние до движущегося тела достаточно велико.

Миссис Б. Несомненно; ибо чем больше расстояние, тем меньше будет угол, под которым его движение будет казаться глазу. Именно по этой причине движение небесных тел невидимо, хотя они невообразимо быстры.

Эмили. Я удивлена, что столь большая скорость, как 20 градусов в час, должна быть невидимой.

Миссис Б. Реальная скорость зависит от пространства, охватываемого в каждом градусе, и от времени, за которое движущееся тело проходит это пространство. Но мы можем узнать протяженность этого пространства, только зная расстояние движущегося тела от его центра движения; ибо если предположить, что два человека отправляются в один и тот же момент из А и В (рис. 2), чтобы дойти каждый до конца своих соответствующих линий, С и D; если они совершают свою прогулку за одно и то же время, они должны были двигаться с очень разной скоростью; и все же для глаза, расположенного в Е, они будут казаться движущимися с одинаковой скоростью, потому что они оба пройдут одинаковое количество градусов, хотя и по очень неравной длине земли. Количество градусов, на которое тело перемещается за данное время, называется его угловой скоростью; два тела, как видите, могут иметь одинаковую угловую, или кажущуюся, скорость, в то время как их реальные скорости могут различаться почти бесконечно. Зрение — это, несомненно, чрезвычайно полезное чувство, но на него не всегда можно положиться, оно обманывает нас как в отношении размера, так и расстояния объектов; действительно, наши чувства были бы очень склонны вводить нас в заблуждение, если бы опыт не направлял нас на верный путь.

Эмили. Думаю, между тем и другим нам удается получить довольно точное представление об объектах.

Миссис Б. По крайней мере, достаточно точное для общих целей жизни. Чтобы убедить вас, насколько необходим опыт для исправления ошибок зрения, я расскажу вам случай молодого человека, который был слеп с младенчества и который восстановил зрение в возрасте четырнадцати лет с помощью операции по удалению катаракты. Сначала у него не было представления ни о размере, ни о расстоянии объектов, но он воображал, что все, что он видит, касается его глаз; и только после того, как он неоднократно ощупывал их и ходил от одного объекта к другому, он приобрел представление об их соответствующих размерах, их относительных положениях и их расстояниях.

Кэролайн. Идея о том, что объекты касались его глаз, однако, не так абсурдна, как кажется на первый взгляд; ибо если мы учтем, что мы видим только изображение объектов, это изображение фактически касается наших глаз.

Миссис Б. Это, несомненно, причина того мнения, которое он сформировал до того, как чувство осязания исправило его суждение.

Кэролайн. Но поскольку изображение должно формироваться на сетчатке каждого из наших глаз, почему мы не видим объекты раздвоенными?

Миссис Б. Действие лучей на зрительный нерв каждого глаза настолько совершенно одинаково, что они производят лишь единое ощущение; поэтому разум получает одну и ту же идею от сетчатки обоих глаз и воспринимает объект как единый.

Кэролайн. Это трудно понять, и я думаю, может быть лишь предположительным.

Миссис Б. Я легко могу убедить вас, что у вас формируется отчетливое изображение объекта на сетчатке каждого глаза. Посмотрите через окно с обоими открытыми глазами на какой-нибудь объект, находящийся точно напротив одного из вертикальных брусков рамы.

Кэролайн. Теперь я вижу дерево, ствол которого, кажется, находится на линии точно напротив одного из брусков.

Миссис Б. Если вы теперь закроете правый глаз и посмотрите левым, он покажется слева от бруска; затем, закрыв левый глаз и посмотрев другим, он покажется справа от бруска.

Кэролайн. Это действительно так!

Миссис Б. Очевидно, существуют два представления дерева в разных положениях, что должно быть обусловлено формированием его изображения на каждом глазу; если бы действие лучей на каждой сетчатке не было настолько совершенно одинаковым, чтобы производить только одно ощущение, мы бы видели раздвоенно; и мы обнаруживаем, что это случай с некоторыми людьми, страдающими болезнью одного глаза, которая препятствует лучам света воздействовать на него так же, как на другой.

Эмили. Скажите, миссис Б., когда мы видим изображение объекта в зеркале, почему оно не перевернуто, как в камере-обскуре и на сетчатке глаза?

Миссис Б. Потому что лучи не входят в зеркало через маленькое отверстие и не пересекаются, как они делают это у отверстия камеры-обскуры или зрачка глаза.

Когда вы рассматриваете себя в зеркале, лучи от ваших глаз падают на него перпендикулярно и отражаются по той же линии; изображение, следовательно, описывается за стеклом и расположено так же, как объект перед ним.

Эмили. Да, я вижу, что это так; но зеркало совсем не такое высокое, как я, как же тогда я могу видеть всю свою фигуру в нем?

Миссис Б. Не обязательно, чтобы зеркало было более чем в половину вашего роста, чтобы вы могли видеть всю свою фигуру в нем (рис. 3). Луч света А В от вашего глаза, который падает перпендикулярно на зеркало B D, отразится обратно по той же линии; но луч от ваших ног упадет на зеркало косо, ибо он должен подняться, чтобы достичь его; он, следовательно, отразится по линии А D: и поскольку мы рассматриваем объекты в направлении отраженных лучей, которые достигают глаза, и поскольку изображение появляется на том же расстоянии за зеркалом, что и объект перед ним, мы должны продолжить линию А D до Е, а линию С D до F, на конце которой будет представлено изображение.

Plate xviii.

Эмили. Тогда я не понимаю, почему я не должна видеть всю свою фигуру в гораздо меньшем зеркале, ведь луч света от моих ног всегда достигал бы его, хотя и более косо.

Миссис Б. Верно; но чем косее луч падает на зеркало, тем косее он будет отражен; луч, следовательно, отразится над вашей головой, и вы не сможете его увидеть. Это показано пунктирной линией (рис. 3).

Теперь встаньте немного правее зеркала, чтобы лучи света от вашей фигуры могли падать на него косо——

Эмили. Теперь в стекле нет моего изображения.

Миссис Б. Прошу прощения, оно есть; но вы не можете его видеть, потому что падающие лучи, падая косо на зеркало, будут отражены косо в противоположном направлении; углы падения и отражения равны. Кэролайн, встаньте в направлении отраженных лучей и скажите мне, не видите ли вы изображение Эмили в стекле?

Кэролайн. Позвольте подумать. Чтобы смотреть в направлении отраженных лучей, я должна встать настолько же левее стекла, насколько Эмили стоит правее него. Теперь я вижу ее изображение, однако не прямо перед собой, а перед ней; и оно кажется на том же расстоянии за стеклом, что и она перед ним.

Миссис Б. Вы должны помнить, что мы всегда видим объекты в направлении последних лучей, которые достигают наших глаз. Рисунок 4 представляет глаз, смотрящий на изображение вазы, отраженное зеркалом; он должен видеть его в направлении луча А В, так как это луч, который приносит изображение к глазу; продлите луч до С, и в этой точке появится изображение.

Кэролайн. Я не понимаю, почему зеркало отражает лучи света; ведь стекло — это прозрачное тело, которое должно пропускать их!

Миссис Б. Не стекло отражает лучи, которые формируют изображение, которое вы видите, а серебрение за ним; это серебрение представляет собой соединение ртути и олова, которое образует блестящее металлическое покрытие. Стекло действует главным образом как прозрачный футляр, через который лучи находят легкий путь к ртути и обратно.

Кэролайн. Почему тогда зеркала не делают просто из ртути?

Миссис Б. Потому что ртуть — это жидкость. При амальгамировании ее с оловянной фольгой она приобретает консистенцию пасты, прикрепляется к стеклу и образует, по сути, металлическое зеркало, которое было бы гораздо совершеннее без своего стеклянного покрытия, ибо чистейшее стекло никогда не бывает идеально прозрачным; часть лучей, следовательно, теряется во время их прохождения через него, будучи либо поглощенными, либо отраженными нерегулярно.

Это несовершенство стеклянных зеркал привело к использованию металлических зеркал для оптических целей.

Эмили. Но поскольку все непрозрачные тела отражают лучи света, я не понимаю, почему они не являются все зеркалами.

Кэролайн. Любопытная идея, сестра; было бы очень приятно видеть себя в каждом объекте, на который смотришь.

Миссис Б. Совершенно верно, что все непрозрачные объекты отражают свет; но поверхность тел в целом настолько грубая и неровная, что отражение от них крайне нерегулярно и препятствует лучам формировать изображение на сетчатке. Это вы сможете понять лучше, когда я объясню вам природу зрения и строение глаза.

Вы можете легко представить разнообразие направлений, в которых лучи отражались бы теркой для мускатного ореха из-за неровности ее поверхности и количества отверстий, которыми она пронизана. Все твердые тела более или менее напоминают терку для мускатного ореха в этих отношениях; и только те, которые восприимчивы к полировке, могут быть заставлены отражать лучи с регулярностью. Поскольку твердые тела имеют наиболее плотную структуру, наименее пористы и способны принимать самую высокую полировку, они делают лучшие зеркала; поэтому ни одно из них не приспособлено для этой цели так хорошо, как металлы.

Кэролайн. Но свойство регулярного отражения не ограничивается этим классом тел; ибо я часто видела себя в хорошо отполированном столе из красного дерева.

Миссис Б. Безусловно; но поскольку это вещество менее долговечно, а его отражение менее совершенно, чем у металлов, я полагаю, его редко выбирали бы для цели зеркала.

Существует три вида зеркал, используемых в оптике: плоские, которые являются обычными зеркалами, о которых мы только что упоминали; выпуклые зеркала и вогнутые зеркала. Отражение двух последних очень отличается от отражения первых. Плоское зеркало, как мы видели, не изменяет направление отраженных лучей и формирует изображение за стеклом, в точности подобное объекту перед ним. Выпуклое зеркало обладает особым свойством заставлять отраженные лучи расходиться, благодаря чему оно уменьшает изображение; а вогнутое зеркало заставляет лучи сходиться и при определенных обстоятельствах увеличивает изображение.

Эмили. У нас в гостиной есть выпуклое зеркало, которое формирует красивое миниатюрное изображение объектов в комнате; и я часто забавлялась, глядя на свое увеличенное лицо в вогнутом зеркале. Но я надеюсь, вы объясните нам, почему одно увеличивает, а другое уменьшает объекты, которые оно отражает.

Миссис Б. Давайте начнем с изучения отражения выпуклого зеркала. Оно сформировано из части внешней поверхности сферы. Когда несколько параллельных лучей падают на него, только тот луч, который, если его продолжить, прошел бы через центр или ось зеркала, перпендикулярен ему. Чтобы избежать путаницы, я на рис. 1, таблица 18, нарисовала только три параллельные линии, А В, С D, E F, чтобы представить лучи, падающие на выпуклое зеркало, М N; средний луч, заметите, перпендикулярен зеркалу, остальные падают на него косо.

Кэролайн. Поскольку три луча параллельны, почему они не все перпендикулярны зеркалу?

Миссис Б. Они были бы таковыми для плоского зеркала; но поскольку это сферическое, ни один луч не может упасть перпендикулярно на него, если он не направлен к центру сферы.

Эмили. Точно так же, как груз падает перпендикулярно на землю, когда гравитация притягивает его к центру.

Миссис Б. Поэтому, чтобы лучи могли падать перпендикулярно зеркалу в В и F, лучи должны быть в направлении пунктирных линий, которые, как вы можете заметить, встречаются в центре О сферы, частью которой является зеркало.

Теперь можете ли вы сказать мне, в каком направлении будут отражены три луча, А В, С D, E F?

Эмили. Да, думаю, что могу: средний луч, падая перпендикулярно на зеркало, отразится по той же линии: два внешних луча, падая косо, будут отражены косо к G и H; ибо пунктирные линии, которые вы нарисовали, являются перпендикулярами, которые делят углы падения и отражения этих двух лучей.

Миссис Б. Чрезвычайно хорошо, Эмили: и поскольку мы видим объекты в направлении отраженного луча, мы увидим изображение L, которое является точкой, в которой отраженные лучи, если их продолжить через зеркало, соединились бы и сформировали изображение. Эта точка одинаково удалена от поверхности и центра сферы и называется мнимым фокусом зеркала.

Кэролайн. Скажите, что означает фокус?

Миссис Б. Точка, в которой сходятся сходящиеся лучи. И в этом случае он называется мнимым фокусом, потому что лучи на самом деле не соединяются в этой точке, а только кажутся таковыми: ибо лучи не проходят через зеркало, так как они отражаются им.

Эмили. Я все еще не понимаю, почему объект кажется меньше, когда его рассматривают в выпуклом зеркале.

Миссис Б. Это происходит из-за расхождения отраженных лучей. Вы видели, что выпуклое зеркало путем отражения превращает параллельные лучи в расходящиеся; лучи, которые падают на зеркало расходящимися, становятся еще более таковыми при отражении, а сходящиеся лучи отражаются либо параллельными, либо менее сходящимися. Если тогда объект поместить перед любой частью выпуклого зеркала, как вазу А В, рис. 2, например, два луча от ее конечностей, падая сходящимися на зеркало, будут отражены менее сходящимися и не сойдутся в фокусе, пока не прибудут в С; тогда глаз, помещенный в направлении отраженных лучей, увидит изображение, сформированное в (или, скорее, за) зеркалом, в а b.

Кэролайн. Но отраженные лучи, как мне кажется, не сходятся меньше, чем падающие лучи. Я бы предположила, что, наоборот, они сходятся больше, так как они встречаются в одной точке.

Миссис Б. Они соединились бы раньше, чем они фактически делают это, если бы они не были менее сходящимися, чем падающие лучи: ибо заметьте, что если бы падающие лучи, вместо того чтобы отражаться зеркалом, продолжили свой путь в своем первоначальном направлении, они сошлись бы в фокусе в D, который значительно ближе к зеркалу, чем в С; изображение, следовательно, видится под меньшим углом, чем объект; и чем дальше последний находится от зеркала, тем меньше изображение, отраженное им.

Теперь вы легко поймете природу отражения вогнутых зеркал. Они сформированы из части внутренней поверхности полой сферы, и их особое свойство — сводить лучи света.

Можете ли вы обнаружить, Кэролайн, в каком направлении отражаются три параллельных луча, А В, С D, E F, которые падают на вогнутое зеркало, М N (рис. 3)?

Кэролайн. Думаю, могу. Средний луч отправляется обратно по той же линии, по которой он прибывает, так как это направление оси зеркала; а два других будут отражены косо, так как они падают косо на зеркало. Теперь я должна нарисовать две пунктирные линии, перпендикулярные их точкам падения, которые разделят их углы падения и отражения; и чтобы эти углы были равны, два косых луча должны быть отражены к L, где они соединятся со средним лучом.

Миссис Б. Очень хорошо объяснено. Таким образом, вы видите, что когда любое количество параллельных лучей падает на вогнутое зеркало, они все отражаются в фокус: ибо по мере того, как лучи дальше от оси зеркала, они падают более косо на него и более косо отражаются; в результате чего они приходят в фокус в направлении оси зеркала, в точке, одинаково удаленной от центра и поверхности сферы; и эта точка не является мнимым фокусом, как это бывает с выпуклым зеркалом, а является истинным фокусом, в котором соединяются лучи.

Эмили. Может ли зеркало формировать более одного фокуса путем отражения лучей?

Миссис Б. Да. Если лучи падают сходящимися на вогнутое зеркало (рис. 4), они быстрее приводятся в фокус, L, чем параллельные лучи; их фокус, следовательно, ближе к зеркалу М N. Расходящиеся лучи приводятся в более далекий фокус, чем параллельные лучи, как на рисунке 5, где фокус находится в L; но то, что называется истинным фокусом зеркал, как выпуклых, так и вогнутых, — это фокус параллельных лучей, и он одинаково удален от центра и поверхности сферического зеркала.

Теперь я покажу вам реальное отражение лучей света металлическим вогнутым зеркалом. Это зеркало сделано из полированного олова, которое я выставляю на солнце, и так как оно ярко светит, мы сможем собрать лучи в очень блестящий фокус. Я держу кусок бумаги там, где, как я полагаю, расположен фокус; вы можете видеть по яркому пятну света на бумаге, насколько сильно сходятся лучи: но он еще не совсем в фокусе; по мере того как я приближаю бумагу к этой точке, заметьте, как яркость пятна света увеличивается, в то время как его размер уменьшается.

Кэролайн. Это должно быть вызвано тем, что лучи приближаются ближе друг к другу. Думаю, вы держите бумагу как раз в фокусе сейчас, свет такой маленький и ослепительный — О, миссис Б., бумага загорелась!

Миссис Б. Лучи света не могут быть сконцентрированы без одновременного накопления пропорционального количества тепла: отсюда вогнутые зеркала получили название зажигательных зеркал.

Эмили. Я часто слышала о поразительных эффектах зажигательных зеркал, и я очень рада понимать их природу.

Кэролайн. Это не может быть истинным фокусом зеркала, в котором соединяются лучи солнца, ибо, поскольку они исходят от столь большого тела, они не могут падать на зеркало параллельно друг другу.

Миссис Б. Строго говоря, они, конечно, не падают. Но когда лучи исходят с такого огромного расстояния, как солнце, их можно считать параллельными: их точка соединения, следовательно, является истинным фокусом зеркала, и там представлено изображение объекта.

Теперь, когда я убрала зеркало из-под влияния солнечных лучей, если я помещу горящую свечу в фокус, как будет отражаться ее свет? (Рис. 6).

Кэролайн. Этого, признаюсь, я сказать не могу.

Миссис Б. Луч, который падает в направлении оси зеркала, отражается обратно по той же линии; но давайте нарисуем два других луча из фокуса, падающих на зеркало в В и F; пунктирные линии перпендикулярны этим точкам, и два луча будут, следовательно, отражены к А и Е.

Кэролайн. О, теперь я понимаю это ясно. Лучи, которые исходят от света, помещенного в фокус вогнутого зеркала, падают расходящимися на него и отражаются параллельно. Это в точности противоположно предыдущему эксперименту, в котором солнечные лучи падали параллельно на зеркало и отражались в фокус.

Миссис Б. Да: когда падающие лучи параллельны, отраженные лучи сходятся в фокус; когда, напротив, падающие лучи исходят из фокуса, они отражаются параллельно. Это важный закон оптики, и поскольку вы теперь знакомы с принципами, на которых он основан, я надеюсь, что вы не забудете его.

Кэролайн. Я уверена, что мы не забудем. Но, миссис Б., вы сказали, что изображение формируется в фокусе вогнутого зеркала; однако я часто видела стеклянные вогнутые зеркала, где объект был представлен внутри зеркала, точно так же, как в выпуклом зеркале.

Миссис Б. Это бывает только тогда, когда объект помещен между зеркалом и его фокусом; изображение тогда кажется увеличенным за зеркалом, или, как вы бы сказали, внутри него.

Кэролайн. Я не понимаю, почему изображение должно быть больше объекта.

Миссис Б. Это результат сходящегося свойства вогнутого зеркала. Если объект, А В (рис. 7), поместить между зеркалом и его фокусом, лучи от его конечностей падают расходящимися на зеркало и при отражении становятся менее расходящимися, как если бы они исходили из С: для глаза, помещенного в этой ситуации, изображение будет казаться увеличенным за зеркалом в а b, так как оно видится под большим углом, чем объект.

Теперь, я надеюсь, вы понимаете отражение света непрозрачными телами. На нашей следующей встрече мы приступим к другому свойству света, не менее интересному, которое называется преломление.

Вопросы

1.(Pg. 168) What is meant by the angle of vision, or the visual angle?

2.(Pg. 169) Why do objects of the same size appear smaller when distant, than when near?

3.(Pg. 169) Why do not two objects, known to be equal in size, appear to differ, when at different distances from the eye?

4.(Pg. 169) How is this exemplified, by a house seen through a window?

5.(Pg. 170) Why do rows of trees, forming an avenue, appear to approach as they recede from the eye, until they eventually seem to meet?

6.(Pg. 170) In drawing a view from nature, what do we copy?

7.(Pg. 170) What is the difference in sculpture, in this respect?

8.(Pg. 170) Excepting the rays from an object enter the eye, under a certain angle, they cannot be seen; what must this angle exceed?

9.(Pg. 170) What two circumstances may cause the angle to be so small, as not to produce vision?

10.(Pg. 170) Motion may be so slow as to become imperceptible, what is said on this point?

11.(Pg. 170) Under what circumstances may a body, moving with great rapidity, appear to be at rest?

12.(Pg. 170) Upon what does the real velocity of a body, depend?

13.(Pg. 171) What must be known, to enable us to ascertain the real space contained in a degree?

14.(Pg. 171) What is explained by fig. 2, plate 17?

15.(Pg. 171) What is said respecting the evidence afforded by our senses, and how do we correct the errors into which they would lead us?

16.(Pg. 171) An image of a visible object is formed upon the retina of each eye, why, therefore, are not objects seen double?

17.(Pg. 172) By what experiment can you prove that a separate image of an object is formed in each eye?

18.(Pg. 172) Under what circumstances are objects seen double?

19.(Pg. 172) Why is not the image of an object inverted in the common mirror?

20.(Pg. 172) Your whole figure may be seen in a looking-glass, which is not more than half your height; how is this shown in fig. 3. plate 17?

21.(Pg. 173) Why is the image invisible to the person, when not standing directly before the glass?

22.(Pg. 173) In what situation may a second person see the image reflected?

23.(Pg. 173) In what direction will an object always appear to the eye?

24.(Pg. 173) How is this explained by fig. 4, plate 17?

25.(Pg. 173) What is it that reflects the rays in a looking-glass?

26.(Pg. 174) All opaque bodies reflect some light, why do they not all act as mirrors?

27.(Pg. 174) What substances form the most perfect mirrors, and for what reason?

28.(Pg. 174) What are the three kinds of mirrors usually employed for optical purposes?

29.(Pg. 174) How are the rays of light affected by them?

30.(Pg. 175) What is the form of a convex mirror, and how do parallel rays fall upon it, as represented in fig. 1, plate 18?

31.(Pg. 175) What is represented by the dotted line in the same figure?

32.(Pg. 175) Explain by the figure, how the parallel rays will be reflected.

33.(Pg. 175) At what distance behind such a mirror, would an image, produced by parallel rays, be formed?

34.(Pg. 175) What is that point denominated?

35.(Pg. 176) What is meant by a focus?

36.(Pg. 176) Why is the point behind the mirror, called the imaginary focus?

37.(Pg. 176) Why does an object appear to be lessened by a convex mirror, (fig. 2.)?

38.(Pg. 176) What is a concave mirror, and what its peculiar property?

39.(Pg. 176) How are parallel rays reflected by a concave mirror, as explained by fig. 3, plate 18?

40.(Pg. 177) Where is the focus of parallel rays, in a concave mirror?

41.(Pg. 177) If rays fall on it convergent, how are they reflected?

42.(Pg. 177) How if divergent?

43.(Pg. 177) How, and why, may concave, become burning mirrors?

44.(Pg. 178) Why may rays of light coming from the sun, be viewed as parallel to each other?

45.(Pg. 178) If a luminous body, as a burning taper, be placed in the focus of a concave mirror, how will the rays from it, be reflected? (fig. 6.)

46.(Pg. 178) What fact is explained by fig. 7, plate 18?

БЕСЕДА XVI. О ПРЕЛОМЛЕНИИ И ЦВЕТАХ.

TRANSMISSION OF LIGHT BY TRANSPARENT BODIES. REFRACTION. REFRACTION BY THE ATMOSPHERE. REFRACTION BY A LENS. REFRACTION BY THE PRISM. OF COLOUR FROM THE RAYS OF LIGHT. OF THE COLOURS OF BODIES.

МИССИС Б.

Преломление света послужит темой сегодняшнего урока.

Кэролайн. Это свойство, о котором я не имею ни малейшего представления.

Миссис Б. Это эффект, который прозрачные среды производят на свет при его прохождении через них. Непрозрачные тела, вы знаете, отражают лучи, а прозрачные тела пропускают их; но установлено, что если луч при переходе из одной среды в другую, другой плотности, падает косо, он отклоняется от своего курса. Тогда говорят, что световой луч преломляется.

Кэролайн. Значит, на него должна воздействовать какая-то новая сила, иначе оно не отклонилось бы от своего первоначального направления.

Миссис Б. Силой, вызывающей отклонение луча, по-видимому, является притяжение более плотной среды. Давайте предположим, что двумя средами являются воздух и вода; если луч света переходит из воздуха в воду, он сильнее притягивается последней из-за ее большей плотности.

Эмили. В каком направлении вода притягивает луч?

Миссис Б. Луч притягивается перпендикулярно к воде, точно так же, как на тела воздействует гравитация.

Если луч А В (рис. 1, табл. 19) падает на воду перпендикулярно, то притяжение воды действует в том же направлении, что и ход луча: следовательно, оно не вызовет отклонения, и луч продолжит путь прямо к Е. Но если он падает наклонно, как луч С В, вода притянет его, отклонив от курса. Предположим, что луч приблизился к поверхности более плотной среды и начал испытывать на себе ее притяжение; если бы этому не противодействовала никакая другая сила, оно притянуло бы его перпендикулярно к воде в точке В; но на него также воздействует его собственная сила инерции, которую притяжение более плотной среды преодолеть не может. Таким образом, луч, находясь под воздействием обеих этих сил, движется в направлении между ними и вместо того, чтобы следовать по своему первоначальному курсу к D или быть направленным водой к Е, движется к F, из-за чего луч кажется изогнутым или преломленным.

Кэролайн. Я это прекрасно понимаю; не поэтому ли весла кажутся изогнутыми в воде?

Миссис Б. Это происходит из-за преломления лучей, отраженных веслом; но это происходит при переходе из плотной среды в менее плотную, ведь вы знаете, что лучи, благодаря которым вы видите весло, проходят из воды в воздух.

Эмили. Но я не понимаю, почему преломление происходит, когда луч переходит из плотной среды в менее плотную; я бы предположила, что последняя должна притягивать его слабее, чем первая.

Миссис Б. Именно по этой причине луч и преломляется. Пусть верхняя половина рис. 2 представляет стекло, а нижняя — воду; пусть С В представляет луч, проходящий наклонно из стекла в воду: поскольку стекло является более плотной средой, луч будет сильнее притягиваться той средой, которую он покидает, чем той, в которую входит. Притяжение стекла действует в направлении А В, в то время как импульс движения уносил бы луч к F; поэтому он движется между этими направлениями к D.

Эмили. Значит, при переходе луча из плотной среды в менее плотную происходит обратное преломление.

Plate xix.

Миссис Б. Правило на этот счет таково: когда луч света переходит из менее плотной среды в более плотную, он преломляется к перпендикуляру; когда из плотной среды в менее плотную — он преломляется от перпендикуляра. Под перпендикуляром понимается линия, проведенная под прямым углом к преломляющей поверхности. Это можно увидеть на рис. 1 и рис. 2, где линии А Е являются перпендикулярами.

Кэролайн. Но разве притяжение более плотной среды не воздействует на луч до того, как он коснется ее?

Миссис Б. Расстояние, на котором притяжение более плотной среды воздействует на луч, настолько мало, что оно незаметно; поэтому кажется, что он преломляется только в той точке, где переходит из одной среды в другую.

Теперь, когда вы поняли принцип преломления, я покажу вам реальное преломление луча света. Видите цветок, нарисованный на дне этой чайной чашки? (Рис. 3.)

Эмили. Да. Но теперь вы отодвинули ее так, что он скрылся из виду; край чашки закрывает его.

Миссис Б. Не двигайтесь. Я наполню чашку водой, и вы снова увидите цветок.

Эмили. Действительно вижу! Позвольте мне попытаться объяснить это: когда вы отодвинули чашку от меня так, что цветок скрылся, отраженные им лучи перестали попадать мне в глаза, а были направлены выше них; но теперь, когда вы наполнили чашку водой, они преломились и отклонились вниз при выходе из воды в воздух, так что снова попали мне в глаза.

Миссис Б. Вы объяснили это безупречно: рис. 3 поможет вам запечатлеть это в памяти. Вы должны заметить, что когда цветок становится видимым благодаря преломлению луча, вы видите его не в том положении, которое он занимает на самом деле, а изображение цветка кажется расположенным выше в чашке; поскольку объекты всегда кажутся расположенными в направлении лучей, входящих в глаз, цветок будет виден в точке В, в направлении преломленного луча.

Эмили. Значит, когда мы смотрим на дно прозрачного ручья, отраженные им лучи, преломляясь при переходе из воды в воздух, делают дно визуально выше, чем оно есть на самом деле.

Миссис Б. И, следовательно, вода будет казаться более мелкой. Это обстоятельство часто приводило к несчастным случаям; и мальчиков, которые привыкли купаться, следует предостеречь, чтобы они не доверяли кажущейся мелководности воды, так как она всегда оказывается глубже, чем кажется.

Преломление света мешает нам видеть небесные тела в их реальном положении: свет, который они посылают нам, преломляется при прохождении через атмосферу, поэтому мы видим Солнце и звезды в направлении преломленного луча; как описано на рис. 4, табл. 19, пунктирная линия представляет границы атмосферы над частью Земли E B E: луч света, исходящий от Солнца S, падает на нее наклонно в точке А и преломляется к В; затем, поскольку мы видим объект в направлении преломленного луча, наблюдатель в точке В увидит изображение Солнца в точке С, а не в его реальном положении в точке S.

Эмили. Но если бы Солнце находилось прямо над нашими головами, его лучи, падая на атмосферу перпендикулярно, не преломлялись бы, и тогда мы видели бы реальное Солнце в его истинном положении.

Миссис Б. Вы должны помнить, что Солнце находится в зените только для жителей жаркого пояса; поэтому на нашей широте его лучи всегда преломляются. Существует и другое препятствие для того, чтобы видеть небесные тела в их реальном положении: свет, хотя и движется с огромной скоростью, проходит путь от Солнца до Земли примерно за восемь с четвертью минут; поэтому, когда лучи достигают нас, Солнце уже должно было покинуть ту точку, которую оно занимало в момент их испускания; однако мы видим его в направлении этих лучей и, следовательно, в положении, которое оно покинуло восемь с четвертью минут назад.

Эмили. Когда вы говорите о движении Солнца, вы, полагаю, имеете в виду его кажущееся движение, вызванное суточным вращением Земли?

Миссис Б. Разумеется; эффект остается тем же, движется ли наша Земля или небесные тела: проще представлять вещи такими, какими они кажутся, чем такими, какими они являются на самом деле.

Кэролайн. Значит, утром, когда Солнце поднимается к меридиану, мы должны (из-за времени, которое требуется свету, чтобы достичь нас) видеть изображение Солнца ниже того места, которое оно занимает на самом деле.

Эмили. Но поскольку преломление в атмосфере противодействует этому эффекту, возможно, благодаря сочетанию этих двух факторов мы видим Солнце в его реальном положении.

Кэролайн. А во второй половине дня, когда Солнце опускается на западе, преломление и время, которое требуется свету, чтобы достичь Земли, будут способствовать тому, что изображение Солнца будет казаться выше, чем оно есть на самом деле.

Миссис Б. Преломление солнечных лучей в атмосфере удлиняет наши дни, так как оно приводит к тому, что мы видим изображение Солнца как до его восхода, так и после его захода; когда оно находится под нашим горизонтом, оно все еще светит на атмосферу, и его лучи оттуда преломляются к Земле: точно так же мы видим изображение Солнца до его восхода, поскольку лучи, падающие на атмосферу, преломляются к Земле.

Кэролайн. С другой стороны, мы должны помнить, что свет находится в пути восемь с четвертью минут; так что к тому времени, как он достигнет Земли, Солнце, возможно, уже поднимется над горизонтом.

Эмили. Скажите, разве оконные стекла не преломляют свет?

Миссис Б. Преломляют; но это преломление было бы незаметно, если бы поверхности стекла были идеально плоскими и параллельными, потому что при прохождении через оконное стекло лучи претерпевают два преломления, которые, будучи направленными в противоположные стороны, дают почти такой же эффект, как если бы преломления не было вовсе.

Эмили. Я этого не понимаю.

Миссис Б. Рис. 5, табл. 19, прояснит это для вас: А А представляет толстое оконное стекло, вид с торца. Когда луч В приближается к стеклу в точке С, он преломляется им; и вместо того, чтобы продолжать свой путь в том же направлении, как описывает пунктирная линия, он проходит сквозь стекло к D; в этой точке, возвращаясь в воздух, он снова преломляется стеклом, но в направлении, противоположном первому преломлению, и в результате направляется к Е. Теперь вы должны заметить, что лучи В С и D Е параллельны, поэтому кажется, что свет не претерпел никакого преломления: кажущееся положение любого объекта при просмотре через стекло обычной толщины так мало отличается от истинного.

Эмили. Значит, эффект, который происходит при входе луча в стекло, аннулируется при выходе из него. Или, выражаясь более научно, когда луч света переходит из одной среды в другую, а затем обратно в первую, два преломления, будучи равными и противоположными по направлению, не производят заметного эффекта.

Кэролайн. Я думаю, эффект очень заметен, потому что, глядя через оконное стекло, я вижу объекты сильно искаженными; предметы, которые, как я знаю, являются прямыми, кажутся изогнутыми и сломанными, а иногда их части кажутся отделенными друг от друга на некоторое расстояние.

Миссис Б. Это потому, что обычное оконное стекло не является плоским, вся его поверхность неровная. Лучи от любого объекта, падающие на него под разными углами, соответственно преломляются по-разному и таким образом вызывают искажение, которое вы заметили.

Эмили. Не из-за преломления ли стекла в обычных очках увеличивают объекты, видимые через них?

Миссис Б. Да. Стекла такого типа называются линзами; существует несколько их видов, названия которых вам необходимо выучить. Каждая линза изготовлена из стекла, отшлифованного так, чтобы образовать сегмент сферы с одной или обеих сторон. Все они представлены на рис. 1, табл. 20. Самая распространенная — двояковыпуклая линза, D. Она толстая посередине и тонкая по краям, как обычные очки или лупы для чтения. А В — плоско-выпуклая линза, плоская с одной стороны и выпуклая с другой. Е — двояковогнутая, во всех отношениях противоположная D. С — плоско-вогнутая, плоская с одной стороны и вогнутая с другой. F называется мениском, или вогнуто-выпуклой, будучи вогнутой с одной стороны и выпуклой с другой. Линия, проходящая через центр линзы, называется ее осью.

Кэролайн. Я хотела бы понять, как лучи света преломляются с помощью линзы.

Миссис Б. Когда параллельные лучи (рис. 6) падают на двояковыпуклую линзу, только тот, который падает в направлении оси линзы, перпендикулярен поверхности; остальные лучи, падая наклонно, преломляются к оси и встречаются в точке за линзой, называемой ее фокусом.

Из трех лучей А, В и С, падающих на линзу D E, лучи А и С преломляются при прохождении через нее к а и с; а при выходе из линзы они претерпевают второе преломление в том же направлении, которое объединяет их с лучом В в фокусе F.

Эмили. И каково расстояние фокуса от поверхности линзы?

Миссис Б. Фокусное расстояние зависит как от формы линзы, так и от преломляющей способности вещества, из которого она изготовлена: в стеклянной линзе, обе стороны которой одинаково выпуклы, фокус расположен почти в центре сферы, частью которой является поверхность линзы; следовательно, он находится на расстоянии радиуса этой сферы.

Свойство линз, имеющих выпуклую поверхность, заключается в собирании лучей света в фокус; а линз, имеющих вогнутую поверхность, напротив — в их рассеивании. Ибо лучи А и С, падающие на вогнутую линзу X Y (рис. 7, табл. 19), вместо того чтобы сходиться к лучу В на оси линзы, будут притягиваться к толстым краям линзы как при входе, так и при выходе из нее, и поэтому в результате первого преломления будут расходиться к а, с, а в результате второго — к d, e.

Plate xx.

Кэролайн. А линзы, у которых одна сторона плоская, а другая выпуклая или вогнутая, как А и В (рис. 1, табл. 20), я полагаю, менее сильны в своем преломлении?

Миссис Б. Да; фокус плоско-выпуклой линзы находится на расстоянии диаметра сферы, частью которой является выпуклая поверхность линзы, как показано на рис. 2, табл. 20. Три параллельных луча А, В, С собираются в фокус плоско-выпуклой линзой X Y в точке F.

Эмили. Вы не объяснили нам, миссис Б., как линза служит для увеличения объектов.

Миссис Б. Вернувшись к рис. 6, табл. 19, вы легко это поймете. Пусть А С — объект, помещенный перед линзой, и предположим, что его рассматривает глаз в точке F; луч из точки А будет виден в направлении F G, а из точки С — в направлении F H; таким образом, угол зрения значительно увеличится, и объект должен казаться пропорционально больше.

Теперь я должна объяснить вам преломление луча света треугольным куском стекла, называемым призмой. (Рис. 3.)

Эмили. Три стороны этого стекла плоские; поэтому оно не может собрать лучи в фокус; и я не думаю, что его преломление будет таким же, как у плоского оконного стекла, потому что у него нет двух параллельных сторон; поэтому я не могу предположить, какой эффект может произвести преломление призмой.

Миссис Б. Преломления луча, как при входе, так и при выходе из призмы, происходят в одном и том же направлении (рис. 3). При входе в призму P луч А преломляется от В к С, а при выходе из нее — от С к D. В первом случае он преломляется к перпендикуляру, а в последнем — от него; каждое из них заставляет его отклоняться одним и тем же образом от своего первоначального курса А В.

Я покажу вам это на опыте; но для этого желательно закрыть ставни и пропустить через небольшое отверстие луч света, который я преломлю с помощью этой призмы.

Кэролайн. О, какие прекрасные цвета на противоположной стене! Там все цвета радуги, и с такой яркостью, какой я никогда не видела. (Рис. 4, табл. 20.)

Эмили. Я видела эффект, в некотором отношении похожий на этот, когда лучи солнца светили на стеклянные люстры; но как возможно, чтобы кусок белого стекла мог произвести такое разнообразие блестящих цветов?

Миссис Б. Цвета создаются не призмой, они существовали в луче до его преломления.

Кэролайн. Но до преломления он казался совершенно белым.

Миссис Б. Белые лучи солнца состоят из лучей, которые при разделении дают все эти цвета, хотя при смешивании они кажутся бесцветными или белыми.

Исаак Ньютон, которому мы обязаны важнейшими открытиями в области света и цветов, первым разделил белый луч света и обнаружил, что он состоит из совокупности цветных лучей, которые образуют изображение на стене, подобное тому, которое вы сейчас видите (рис. 4), где представлены следующие цвета: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Эмили. Но как призма разделяет эти цветные лучи?

Миссис Б. Посредством преломления. По-видимому, цветные лучи имеют разную степень преломляемости; поэтому при прохождении через призму они принимают разные направления в зависимости от своей восприимчивости к преломлению. Фиолетовые лучи отклоняются от своего первоначального курса больше всего; они появляются на одном из концов спектра А В: рядом с фиолетовыми находятся синие лучи, которые имеют несколько меньшую преломляемость; затем последовательно следуют зеленые, желтые, оранжевые и, наконец, красные, которые являются наименее преломляемыми из цветных лучей.

Кэролайн. Я не могу представить, как эти цвета, смешанные вместе, могут стать белыми?

Миссис Б. Этого я не могу объяснить, но это факт, что соединение этих цветов в тех пропорциях, в которых они появляются в спектре, создает у нас представление о белизне. Если вы раскрасите круглый кусок картона секторами в эти семь цветов, как можно ближе к пропорциям и оттенкам, представленным в спектре, и быстро раскрутите его на булавке, он будет казаться белым, так как скорость движения приведет к смешиванию цветов в том впечатлении, которое они производят на глаз.

Но более убедительное доказательство состава белого луча дает воссоединение этих цветных лучей и формирование из них луча белого света.

Кэролайн. Если вы сможете разобрать белый луч света на части и собрать его снова, я буду вполне удовлетворена.

Миссис Б. Это можно сделать, направив цветные лучи, разделенные призмой, на линзу, которая соберет их в фокус; и если после такого воссоединения мы обнаружим, что они кажутся белыми, как и до преломления, я надеюсь, вы убедитесь, что белые лучи являются соединением нескольких цветных лучей. Призма P, как вы видите (рис. 5), разделяет луч белого света на семь цветных лучей, а линза L L собирает их в фокус в точке F, где они снова кажутся белыми.

Кэролайн. У вас все получилось идеально: это действительно самый интересный и убедительный эксперимент.

Эмили. Однако, миссис Б., я не могу отделаться от мысли, что в спектре может быть только три основных цвета: красный, желтый и синий; а остальные четыре могут состоять из двух этих цветов, смешанных вместе; ведь в живописи мы обнаруживаем, что при смешивании красного и желтого получается оранжевый; при разных пропорциях красного и синего мы получаем фиолетовый или любой оттенок пурпурного; а желтый и синий образуют зеленый. Теперь вполне естественно предположить, что преломление призмы может быть не настолько совершенным, чтобы полностью разделить цветные лучи света, и что те, которые находятся рядом в порядке преломляемости, могут накладываться друг на друга и при смешивании давать промежуточные цвета: оранжевый, зеленый, фиолетовый и индиго.

Миссис Б. Ваше наблюдение, я полагаю, не совсем неверно, но и не совсем верно. Доктор Волластон, который провел множество экспериментов по преломлению света более точным способом, чем это делалось ранее, пропуская очень узкую линию света через призму, обнаружил, что она образует спектр, состоящий из лучей только четырех цветов; но это были не совсем те, которые вы назвали основными цветами, ибо они состояли из красного, зеленого, синего и фиолетового. Очень узкая желтая линия была видна на границе красного и зеленого, что доктор Волластон приписал наложению краев красного и зеленого света.

Кэролайн. Но красный и зеленый при смешивании не дают желтого?

Миссис Б. Не в живописи; но это может быть так в первичных лучах спектра. Доктор Волластон заметил, что при увеличении ширины отверстия, через которое пропускалась линия света, пространство, занимаемое каждым цветным лучом в спектре, увеличивалось пропорционально тому, как каждая часть вторгалась в соседний цвет и смешивалась с ним; так что появление оранжевого и желтого между красным и зеленым, как он полагает, обусловлено смешением этих двух цветов; а синий смешивается с одной стороны с зеленым, а с другой — с фиолетовым, образуя спектр, как он был первоначально описан Исааком Ньютоном и который я вам только что показала.

Радуга, которая демонстрирует серию цветов, столь аналогичную цветам спектра, образуется в результате преломления солнечных лучей при их прохождении через капли дождя; каждая капля действует как призма, разделяя цветные лучи при прохождении через нее; совокупный эффект бесчисленных капель создает дугу, которую, как вы знаете, можно увидеть только тогда, когда есть и дождь, и солнце.

Эмили. Скажите, миссис Б., разве солнечные лучи нельзя собрать в фокус с помощью линзы так же, как с помощью вогнутого зеркала?

Миссис Б. Тот же эффект концентрации лучей достигается преломлением с помощью линзы, что и отражением от вогнутого зеркала: в первом случае лучи проходят сквозь стекло и сходятся в фокус за ним, во втором — они отражаются от зеркала и собираются в фокус перед ним. Линза, используемая для собирания солнечных лучей, называется зажигательным стеклом. Я уже объясняла вам, каким образом выпуклая линза преломляет лучи и собирает их в фокус (рис. 6, табл. 19); поскольку эти лучи содержат как свет, так и тепло, последнее, как и первый, преломляется; и интенсивный жар, так же как и свет, будет обнаружен в фокальной точке. Солнце сейчас светит очень ярко; если мы направим лучи на эту линзу, вы увидите фокус.

Эмили. О да: точка соединения лучей очень светящаяся. Я подержу кусок бумаги в фокусе и посмотрю, загорится ли он. Световое пятно чрезвычайно яркое, но бумага не горит?

Миссис Б. Попробуйте кусок коричневой бумаги — он, как видите, загорается почти мгновенно.

Кэролайн. Это удивительно; ведь свет казался более интенсивным на белой бумаге, чем на коричневой.

Миссис Б. Линза собирает в фокус равное количество лучей, независимо от того, держите ли вы там белую или коричневую бумагу; но белая бумага кажется более светящейся в фокусе, потому что большинство лучей, вместо того чтобы проникнуть в бумагу, отражаются ею; и именно по этой причине бумага не загорается легко: в то время как коричневая бумага, которая поглощает больше света и тепла, чем отражает, быстро нагревается и загорается.

Кэролайн. Это чрезвычайно любопытно; но почему коричневая бумага должна поглощать больше лучей, чем белая?

Миссис Б. Я далека от того, чтобы дать удовлетворительный ответ на этот вопрос. Мы можем строить лишь предположения на этот счет; предполагается, что склонность поглощать или отражать лучи зависит от расположения мельчайших частиц тела, и что это разнообразие расположения делает одни тела способными отражать один цветной луч и поглощать остальные; в то время как другие тела имеют тенденцию отражать все цвета, а третьи, опять же, поглощать их все.

Эмили. А как вы узнаете, какие цвета тела имеют тенденцию отражать, а какие — поглощать?

Миссис Б. Потому что тело всегда кажется того цвета, который оно отражает; ведь поскольку мы видим только благодаря отраженным лучам, оно может казаться только цвета этих лучей.

Кэролайн. Но мы видим все тела их собственного естественного цвета, миссис Б.; трава и деревья — зелеными; небо — синим; цветы — различных оттенков.

Миссис Б. Верно; но почему трава зеленая? Потому что она поглощает все лучи, кроме зеленых; поэтому именно их трава и деревья отражают в наши глаза, и это заставляет их казаться зелеными. Цветы таким же образом отражают различные цвета, которыми они нам кажутся; роза — красные лучи; фиалка — синие; нарцисс — желтые и т. д.

Кэролайн. Но это постоянные цвета травы и цветов, независимо от того, светят на них солнечные лучи или нет.

Миссис Б. Всякий раз, когда вы видите эти цвета, цветы должны быть освещены каким-то светом; а свет, из какого бы источника он ни исходил, имеет одну и ту же природу; он состоит из различных цветных лучей, которые раскрашивают траву, цветы и каждый цветной объект в природе.

Кэролайн. Но, миссис Б., трава зеленая, а цветы цветные, находятся ли они в темноте или на свету?

Миссис Б. Почему вы так думаете?

Кэролайн. Иначе и быть не может.

Миссис Б. Поистине философское обоснование! Но так как я никогда не видела их в темноте, позвольте мне не согласиться с вашим мнением.

Кэролайн. Какого же цвета, по-вашему, они в темноте?

Миссис Б. Никакого; или черного, что одно и то же. Вы никогда не сможете увидеть объекты без света. Белый свет состоит из лучей, из которых образуются все цвета в природе; поэтому не может быть цвета без света; и хотя вещество является черным или бесцветным в темноте, оно может стать цветным, как только станет видимым. Оно видимым, по сути, становится только благодаря цветным лучам, которые отражает; поэтому мы можем видеть его только тогда, когда оно цветное.

Кэролайн. Все, что вы говорите, кажется очень верным, и я не знаю, что на это возразить; но в то же время это кажется невероятным! Что, миссис Б., мы все в темноте такие же черные, как негры? Вы заставляете меня содрогнуться от этой мысли.

Миссис Б. Вашему тщеславию не стоит тревожиться из-за этой идеи, так как вы можете быть уверены, что вас никогда не увидят в таком состоянии.

Кэролайн. Это, несомненно, некоторое утешение; но какое печальное размышление, что вся природа, которая кажется такой прекрасно разнообразной по цветам, на самом деле является одной однородной массой черноты!

Миссис Б. Становится ли природа менее приятной от того, что она окрашена, а не только освещена лучами света? И являются ли цвета менее красивыми от того, что они являются случайными, а не существенными свойствами тел?

Провидение, по-видимому, украсило природу чарующим разнообразием цветов, которыми мы так восхищаемся, с единственной целью — украсить сцену и сделать ее источником чувственного удовлетворения: это орнамент, который украшает природу всякий раз, когда мы созерцаем ее. Какая причина сожалеть о том, что она не носит его, когда она невидима?

Эмили. Признаюсь, миссис Б., что у меня были сомнения, как и у Кэролайн, хотя она избавила меня от труда выражать их: но мне только что пришел в голову эксперимент, который, если он удастся, я уверена, удовлетворит нас обеих. Несомненно, мы не можем видеть тела в темноте, чтобы узнать, имеют ли они тогда какой-либо цвет. Но мы можем поместить цветное тело в луч света, преломленный призмой; и если ваша теория верна, тело, какого бы цвета оно ни было на самом деле, должно казаться цвета того луча, в который оно помещено; ибо, поскольку оно не получает других цветных лучей, оно не может отражать никакие другие.

Кэролайн. О! Это отличная мысль, Эмили; вы готовы пройти проверку, миссис Б.?

Миссис Б. Я согласна: но мы должны затемнить комнату и допустить только тот луч, который должен быть преломлен; иначе белые лучи будут отражаться на исследуемое тело из разных частей комнаты. С чем вы хотите провести эксперимент?

Кэролайн. С этой розой: посмотрите на нее, миссис Б., и скажите, возможно ли лишить ее прекрасного цвета?

Миссис Б. Мы увидим. Я сначала подвергаю ее воздействию красных лучей, и цветок кажется еще более блестящим; но посмотрите на зеленые листья...

Кэролайн. Они кажутся ни красными, ни зелеными; а тускло-коричневыми с красноватым отливом?

Миссис Б. Они не могут казаться зелеными, потому что у них нет зеленых лучей для отражения; они также не красные, потому что зеленые тела поглощают большинство красных лучей. Но хотя тела из-за расположения своих частиц имеют тенденцию поглощать одни лучи и отражать другие, все же не естественно предполагать, что тела настолько идеально однородны в своем расположении, чтобы отражать только чистые лучи одного цвета и полностью поглощать остальные; напротив, обнаружено, что тело отражает в большом количестве лучи, которые определяют его цвет, а остальные — в большей или меньшей степени, пропорционально тому, насколько они ближе или дальше от его собственного цвета в порядке преломляемости. Зеленые листья розы, следовательно, будут отражать немного красных лучей, которые, смешиваясь с их естественной чернотой, придают им этот коричневый оттенок: если бы они не отражали ни одного красного луча, они казались бы совершенно черными. Теперь я подержу розу в синих лучах...

Кэролайн. О, Эмили, миссис Б. права! Посмотрите на розу: она больше не красная, а тускло-синего цвета.

Эмили. Это самое удивительное из всего, что мы до сих пор узнали. Но, миссис Б., в чем причина того, что зеленые листья более ярко-синие, чем роза?

Миссис Б. Зеленые листья отражают как синие, так и желтые лучи, которые создают зеленый цвет. Они сейчас находятся в цветном луче, который имеют тенденцию отражать; поэтому они отражают больше синих лучей, чем роза (которая естественным образом поглощает этот цвет), и, конечно, будут казаться более ярко-синими.

Эмили. Однако при прохождении розы через разные цвета спектра цветок воспринимает их легче, чем листья.

Миссис Б. Потому что цветок более бледного оттенка. Тела, отражающие все лучи, — белые; те, которые поглощают их все, — черные: между этими крайностями тела кажутся светлее или темнее пропорционально количеству лучей, которые они отражают или поглощают. Эта роза бледно-красная; она ближе к белому, чем к черному, и поэтому отражает лучи более обильно, чем поглощает их.

Эмили. Но если роза имеет такую сильную тенденцию отражать лучи, я бы вообразила, что она должна быть глубокого красного цвета.

Миссис Б. Я хочу сказать, что она имеет общую тенденцию отражать лучи. Бледно окрашенные тела отражают все цветные лучи до определенной степени, их бледность — это приближение к белизне: но они отражают один цвет больше, чем остальные; это преобладает над белым и определяет цвет тела. Таким образом, поскольку тела бледного цвета в некоторой степени отражают все лучи света, при прохождении через различные цвета спектра они будут отражать их все с достаточной яркостью; но будут казаться наиболее яркими в луче своего естественного цвета. Зеленые листья, напротив, темного цвета, имеющие большее сходство с черным, чем с белым; поэтому они имеют большую тенденцию поглощать, чем отражать лучи; и отражая очень мало каких-либо лучей, кроме синих и желтых, они будут казаться тусклыми при прохождении через другие цвета спектра.

Кэролайн. Они должны, однако, отражать большое количество зеленых лучей, чтобы создать такой глубокий цвет.

Миссис Б. Глубина или темнота цвета происходит скорее от недостатка, чем от избытка отраженных лучей. Помните, что если бы тела не отражали никаких лучей, они были бы черными; и если тело отражает лишь несколько зеленых лучей, оно будет казаться темно-зеленым; именно яркость и интенсивность цвета показывают, что отражается большое количество лучей.

Эмили. Белое тело, следовательно, которое отражает все лучи, будет казаться одинаково ярким во всех цветах спектра.

Миссис Б. Конечно. И это легко доказать, пропустив лист белой бумаги через лучи спектра.

Белый цвет, как вы понимаете, получается в результате того, что тело отражает все падающие на него лучи; черный — когда они все поглощаются; а цвет возникает из-за того, что тело обладает способностью разлагать солнечный луч, поглощая одни части и отражая другие.

Кэролайн. В чем причина того, что предметы, которые являются синими, часто кажутся зелеными при свете свечи?

Миссис Б. Свет свечи не такой чистый белый, как свет солнца: он имеет желтоватый оттенок, и при преломлении призмой преобладают желтые лучи; а синие тела отражают часть желтых лучей, поскольку они находятся рядом с синими в порядке преломляемости; избыток желтых лучей, который поставляется свечой, придает синим телам зеленоватый оттенок.

Кэролайн. Свет свечи должен тогда придавать всем телам желтоватый оттенок из-за избытка желтых лучей; и все же это обычное замечание, что люди с болезненным цветом лица кажутся более светлыми или белыми при свете свечи.

Миссис Б. Желтый оттенок их лица не так бросается в глаза, когда все окружающие объекты имеют желтый оттенок.

Эмили. Скажите, почему солнце кажется красным сквозь туман?

Plate xxi.

Миссис Б. Предполагается, что это происходит из-за того, что лучи, которые наиболее преломляемы, также наиболее легко отражаются: при прохождении через атмосферу, насыщенную влагой, как в туманную погоду, а также утром и вечером, когда преобладают дымки, фиолетовые, индиго, синие и зеленые лучи отражаются частицами, которые нагружают воздух; в то время как желтые, оранжевые и красные лучи, будучи менее восприимчивыми к отражению, проходят дальше и достигают глаза.

Кэролайн. И скажите, почему небо синего цвета?

Миссис Б. Вы должны скорее сказать: атмосфера; ибо небо — это очень расплывчатый термин, значение которого было бы трудно определить философски.

Кэролайн. Но цвет атмосферы должен быть белым, так как все лучи проходят через нее на пути к Земле.

Миссис Б. Не забывайте, что прямые лучи света, которые проходят от Солнца к Земле, не попадают нам в глаза, за исключением случаев, когда мы смотрим на это светило и таким образом перехватываем их; в этом случае, вы знаете, солнце кажется белым. Атмосфера — это прозрачная среда, через которую солнечные лучи свободно проходят к Земле; но частицы, из которых она состоит, также отражают лучи света, и кажется, что они обладают свойством отражать синие лучи наиболее обильно: свет, следовательно, который отражается обратно в атмосферу с поверхности Земли, падает на эти частицы воздуха, и синие лучи возвращаются путем отражения: это отражение происходит во всех возможных направлениях; так что всякий раз, когда мы смотрим на атмосферу, некоторые из этих лучей попадают нам в глаза; отсюда мы видим воздух синего цвета. Если бы атмосфера не отражала никаких лучей, хотя объекты на поверхности Земли были бы освещены, небо казалось бы совершенно черным.

Кэролайн. О, как печально это было бы; и как вредно для зрения — постоянно смотреть на яркие объекты на фоне черного неба. Но в чем причина того, что тела часто меняют свой цвет; как листья, которые увядают осенью, или пятно чернил, которое оставляет ржавое пятно на белье?

Миссис Б. Это происходит из-за некоторого химического изменения, которое происходит в расположении составных частей; в результате чего они теряют свою тенденцию отражать определенные цвета и приобретают способность отражать другие. Увядший лист, таким образом, больше не отражает синие лучи; поэтому он кажется желтым или имеет слабую тенденцию отражать несколько лучей, которые создают тускло-коричневый цвет.

Чернильное пятно на белье сначала поглощает все лучи; но под действием мыла или какого-то другого агента оно претерпевает химическое изменение, и пятно частично восстанавливает свою тенденцию отражать цвета, но с предпочтением отражать желтые лучи, и таков цвет ржавчины.

Эмили. Тела, значит, далеко не того цвета, который они, кажется, имеют, а того цвета, к которому они питают наибольшее отвращение, с которым они не хотят соединяться, но отвергают и прогоняют от себя.

Миссис Б. Это, безусловно, так; хотя я едва осмеливаюсь выдвинуть такое мнение, пока Кэролайн созерцает свою прекрасную розу.

Кэролайн. Моя бедная роза! Вы не удовлетворились тем, что лишили ее цвета, но даже заставили ее питать к нему отвращение; и я не в силах вам противоречить.

Эмили. Поскольку темные тела поглощают больше солнечных лучей, чем светлые, первые должны быстрее нагреваться, если их подвергнуть воздействию солнца?

Миссис Б. И опыт показывает, что это так. Вы никогда не замечали, что черное платье теплее белого?

Эмили. Да, а белое — более ослепительное: черное нагревается, поглощая лучи, белое ослепляет, отражая их.

Кэролайн. И это была причина, по которой коричневая бумага сгорела в фокусе линзы, в то время как белая бумага демонстрировала самое светящееся пятно, но не загорелась.

Миссис Б. Это было так. Теперь самое время закончить наш урок. На нашей следующей встрече я дам вам описание глаза.

Вопросы

1.(Pg. 179) What is meant by the refraction of light?

2.(Pg. 179) What is believed to be the cause of refraction?

3.(Pg. 180) How is a ray refracted in passing obliquely from air into water?

4.(Pg. 180) How is this refraction explained in fig. 1, plate 19?

5.(Pg. 180) What is fig. 2 intended to explain?

6.(Pg. 180) What is the rule respecting refraction, by different mediums?

7.(Pg. 181) What is meant by the perpendicular?

8.(Pg. 181) How does fig. 3, plate 19, elucidate the law of refraction?

9.(Pg. 181) What will be the effect on the apparent situation of the flower?

10.(Pg. 181) What effect has refraction upon the apparent depth of a stream of water?

11.(Pg. 182) How does the atmosphere refract the rays of the sun, as represented, fig. 4?

12.(Pg. 182) Why have we the rays of the sun always refracted?

13.(Pg. 182) What length of time is required for light to travel from the sun, to the earth?

14.(Pg. 182) What effect has this upon his apparent place?

15.(Pg. 182) How is the length of the day affected by refraction?

16.(Pg. 183) How are rays refracted, which fall obliquely upon a flat pane of glass, (fig. 5, plate 19?)

17.(Pg. 183) What is the reason that objects are distorted, when seen through common window glass?

18.(Pg. 184) What is meant by a lens?

19.(Pg. 184) What are the five kinds called, represented at fig. 1, plate 20?

20.(Pg. 184) What is meant by the axis of a lens?

21.(Pg. 184) How are parallel rays, refracted by the double convex lens, fig. 6, plate 19?

22.(Pg. 184) What is meant by the focus of a lens?

23.(Pg. 184) What is the focal distance of parallel rays, from a double convex lens?

24.(Pg. 184) How are the rays refracted by a concave lens, fig. 7, plate 19?

25.(Pg. 185) What is the effect of one plane side in a lens?

26.(Pg. 185) How is the focus of the plano-convex lens situated, fig. 2, plate 20?

27.(Pg. 185) How does a convex lens magnify objects, fig. 6, plate 19?

28.(Pg. 185) What is the article denominated which is represented at fig. 3, plate 20?

29.(Pg. 185) How will a ray be refracted, which enters on one side of the prism, in the direction A B?

30.(Pg. 185) What effect is produced by this refraction, as represented in fig. 4, plate 20?

31.(Pg. 186) Of what are the rays of white light said to be composed?

32.(Pg. 186) What colours are produced?

33.(Pg. 186) By what property, in light, does refraction enable us to separate these different rays?

34.(Pg. 187) What experiment may be performed with a piece of card, so as to exemplify the compound nature of light?

35.(Pg. 187) How can the same be shown by a lens, fig. 5. plate 20?

36.(Pg. 187) Is it certain that there are seven primitive colours in the spectrum?

37.(Pg. 188) How is the rainbow produced, and what is necessary to its production?

38.(Pg. 188) How are the solar rays affected by a convex lens?

39.(Pg. 188) Why is such a lens, called a burning glass?

40.(Pg. 188) Why are bodies of a dark colour, more readily inflamed, than those which are white?

41.(Pg. 189) What is believed to be the reason, why some bodies absorb more rays than others?

42.(Pg. 189) What determines the colour of any particular body?

43.(Pg. 189) What exemplifications are given?

44.(Pg. 189) By what reasoning is it proved, that bodies do not retain their colours in the dark?

45.(Pg. 190) What proof of the truth of this theory of colours, may be afforded by the prism?

46.(Pg. 191) Why will green leaves, when exposed to the red ray, appear of a dingy brown?

47.(Pg. 191) Bodies, in general, when placed in a ray differing in colour from their own, appear of a mixed hue, what causes this?

48.(Pg. 191) Why will bodies of a pale, or light hue, most perfectly, assume the different colours of the spectrum?

49.(Pg. 192) Upon what property in a body, does the darkness of its colour depend?

50.(Pg. 192) Why do some bodies appear white, others black, and others of different colours?

51.(Pg. 192) From what cause do blue articles appear green, by candle-light?

52.(Pg. 193) What is believed to be the cause, of the red appearance of the sun, through a fog, or misty atmosphere?

53.(Pg. 193) From what is the blue colour of the sky, thought to arise?

54.(Pg. 193) What would be the colour of the sky, did not the atmosphere reflect light?

55.(Pg. 193) From what cause do some bodies change their colour, as leaves formerly green, become brown, and ink, yellow?

56.(Pg. 194) Why is a black dress, warmer in the sunshine, than a white one of the same texture?

БЕСЕДА XVII. О СТРОЕНИИ ГЛАЗА И ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ.

DESCRIPTION OF THE EYE. OF THE IMAGE ON THE RETINA. REFRACTION BY THE HUMOURS OF THE EYE. OF THE USE OF SPECTACLES. OF THE SINGLE MICROSCOPE. OF THE DOUBLE MICROSCOPE. OF THE SOLAR MICROSCOPE. MAGIC LANTHORN. REFRACTING TELESCOPE. REFLECTING TELESCOPE.

МИССИС Б.

Тело глаза имеет сферическую форму: (рис. 1, табл. 21) оно имеет две перепончатые оболочки, или покрытия; внешняя, a a a, называется склерой, она обычно известна под названием белка глаза; она имеет выступ в той части глаза, которая открыта для обзора, b b, которая называется прозрачной роговицей, потому что при высыхании она имеет почти консистенцию очень тонкого рога и достаточно прозрачна для того, чтобы свет мог свободно проходить сквозь нее.

Вторая оболочка, которая выстилает роговицу и обволакивает глаз, называется сосудистой оболочкой, c c c; она имеет отверстие спереди, прямо под роговицей, которое образует зрачок, или зрение глаза, d d, через которое лучи света проходят в глаз. Зрачок окружен цветной каймой, называемой радужной оболочкой, e e, которая благодаря своему мышечному движению всегда сохраняет зрачок круглой формы, расширяется ли он в темноте или сокращается под воздействием сильного света. Вы лучше поймете это, изучив рис. 2.

Эмили. Я не знала, что зрачок способен изменять свои размеры.

Миссис Б. Устройство глаза настолько восхитительно, что он способен адаптироваться, в большей или меньшей степени, к обстоятельствам, в которых находится. При слабом свете зрачок расширяется, чтобы принять дополнительное количество лучей, а при сильном свете он сокращается, чтобы предотвратить повреждение зрительного нерва интенсивностью света. Посмотрите на глаза Эмили, когда она сидит, глядя в сторону окон: зрачки кажутся очень маленькими, а радужка — большой. Теперь, Эмили, отвернитесь от света и закройте глаза рукой, чтобы полностью исключить его на несколько мгновений.

Кэролайн. Как сильно расширились теперь зрачки ее глаз, а радужная оболочка уменьшилась! В этом, несомненно, кроется причина, почему глазам больно, когда они внезапно переходят из темноты на яркий свет; ведь зрачок расширен, и в него устремляется множество лучей, прежде чем он успевает сократиться.

Эмили. А когда мы переходим из яркого света в полумрак, нам поначалу кажется, что мы в полной темноте; ведь в сокращенный зрачок не может проникнуть достаточное количество лучей, чтобы мы могли различать предметы: но через несколько минут он расширяется, и мы ясно видим объекты, которые прежде были невидимы.

Миссис Б. Именно так. Сосудистая оболочка (c c) пропитана черным пигментом, который служит для поглощения всех лучей, отражающихся нерегулярно, и превращает глазное яблоко в более совершенную камеру-обскуру. Когда зрачок расширен до предела, он способен пропускать в десять раз больше света, чем в состоянии наибольшего сокращения. У кошек и животных, про которых говорят, что они видят в темноте, способность зрачка к расширению и сокращению еще больше; подсчитано, что зрачки их глаз могут пропускать в сто раз больше света в один момент, чем в другой.

Внутри этих оболочек глазного яблока содержатся три прозрачных вещества, называемых влагами. Первая занимает пространство непосредственно за роговицей и называется водянистой влагой (f f) из-за своей текучести и сходства с водой. За ней расположен хрусталик (g g), названный так из-за своей чистоты и прозрачности: он имеет форму линзы и преломляет световые лучи с большей степенью совершенства, чем любая линза, созданная искусственно: он прикреплен двумя мышцами (m m) к каждой стороне сосудистой оболочки. Задняя часть глаза, между хрусталиком и сетчаткой, заполнена стекловидным телом (h h), которое получило свое название из-за сходства, которое, как полагают, оно имеет со стеклом или остекленевшими веществами.

Plate xxii.

Перепончатые оболочки глаза предназначены главным образом для защиты сетчатки (i i), которая является, безусловно, самой важной частью глаза, поскольку именно она воспринимает впечатление от видимых объектов и передает его в сознание. Сетчатка образована расширением зрительного нерва и имеет совершеннейший белый цвет: этот нерв отходит от мозга, входит в глаз в точке (n), со стороны носа, и тонко распределяется по внутренней поверхности сосудистой оболочки.

Световые лучи, входящие в глаз через зрачок, преломляются различными влагами при прохождении сквозь них и соединяются в фокусе на сетчатке.

Кэролайн. Я не понимаю назначения этих преломляющих влаг: изображение предметов в камере-обскуре получалось и без такой помощи.

Миссис Б. Это верно; но изображение становилось гораздо более четким и ясным, когда мы увеличивали отверстие камеры-обскуры и принимали лучи внутрь через линзу.

Я говорила вам, что лучи исходят от тел во всех возможных направлениях. Поэтому мы должны рассматривать каждую часть объекта, посылающую лучи в наши глаза, как точку, из которой лучи расходятся, как из центра.

Эмили. Эти расходящиеся лучи, исходящие из одной точки, если я правильно помню, вы называли пучком лучей?

Миссис Б. Да. Теперь, расходящиеся лучи при входе в зрачок не пересекаются; однако зрачок достаточно велик, чтобы пропустить небольшой пучок из них; и если бы они не преломлялись в фокус влагами, то продолжали бы расходиться после прохождения зрачка, падали бы рассеянными на сетчатку, и таким образом изображение одной точки расширилось бы на большую часть сетчатки. Расходящиеся лучи от каждой другой точки объекта распространились бы на аналогичное пространство, накладывались бы друг на друга и смешивались с первыми; так что четкое изображение не могло бы сформироваться, и представление на сетчатке было бы неясным как по форме, так и по цвету. Рис. 3 представляет два пучка лучей, исходящих из двух точек дерева A B и входящих в зрачок C, преломляемых хрусталиком D и образующих на сетчатке в точках a b четкие изображения тех мест, из которых они исходят. Рис. 4 отличается от предыдущего лишь отсутствием линзы; вследствие чего пучки лучей не преломляются в фокус, и на сетчатке не образуется четкого изображения. Я изобразила только лучи, исходящие из двух точек объекта, и различила два пучка на рис. 4, обозначив один из них пунктирными линиями: наложение этих двух пучков лучей на сетчатке позволит вам составить представление о путанице, которая возникла бы, если бы тысячи и миллионы точек в один и тот же момент изливали свои расходящиеся лучи на сетчатку.

Эмили. Верно; но я все еще не совсем понимаю, как преломляющие влаги исправляют это несовершенство.

Миссис Б. Преломление этих различных влаг собирает весь пучок лучей, исходящих из любой одной точки объекта, в соответствующую точку на сетчатке, и таким образом изображение становится четким и ясным. Если вы представите себе на рис. 3, что каждая точка дерева испускает пучок лучей, подобный тем, что исходят из A B, то каждая часть дерева будет так же точно представлена на сетчатке, как и точки a b.

Эмили. Как восхитительно, как удивительно это устроено!

Кэролайн. Но поскольку глаз абсолютно нуждается в преломляющих влагах для формирования четкого изображения на сетчатке, почему такое же преломление не является столь же необходимым для изображений, формируемых в камере-обскуре?

Миссис Б. Оно необходимо; за исключением того, что отверстие, через которое мы принимаем лучи в камеру-обскуру, чрезвычайно мало; так что лишь очень немногие из лучей, расходящихся из точки, проникают внутрь; но когда мы увеличили отверстие и снабдили его линзой, вы обнаружили, что пейзаж стал отображаться более совершенно.

Кэролайн. Я помню, каким неясным и размытым было изображение, когда вы увеличили отверстие, не вставив линзу.

Миссис Б. Таким же, или очень похожим, было бы изображение на сетчатке без помощи преломляющих влаг.

Теперь вы сможете понять природу того дефекта зрения, который возникает из-за слишком выпуклых глаз. В таких случаях хрусталик D (рис. 5), будучи чрезвычайно выпуклым, преломляет лучи слишком сильно и собирает пучок, исходящий от объекта A B, в фокус F, прежде чем они достигнут сетчатки. Из этого фокуса лучи продолжают расходиться и, следовательно, образуют очень неясное изображение на сетчатке в точках a b. Это дефект у близоруких людей.

Эмили. Я понимаю это совершенно. Но почему этот дефект исправляется приближением объекта к глазу, как мы видим на примере близоруких людей?

Миссис Б. Чем ближе вы подносите объект к глазу, тем более расходящимися лучи падают на хрусталик, и, следовательно, они не так быстро сходятся в фокус: этот фокус, таким образом, либо попадает на сетчатку, либо, по крайней мере, приближается к ней, и объект становится пропорционально более четким, как на рис. 6.

Эмили. Значит, чем ближе вы подносите объект к линзе, тем дальше изображение отодвигается за нее.

Миссис Б. Безусловно. Но у близоруких людей есть и другое средство для объектов, которые они не могут приблизить к глазам; это использование вогнутой линзы C D (рис. 1, табл. 22) перед глазом, чтобы увеличить расхождение лучей. Эффект вогнутой линзы, как вы знаете, прямо противоположен эффекту выпуклой: она делает параллельные лучи расходящимися, а те, что уже расходятся, — еще более расходящимися. Таким образом, с помощью таких очков лучи от удаленного объекта падают на зрачок такими же расходящимися, как лучи от менее удаленного объекта; и у близоруких людей они отодвигают изображение удаленного объекта назад, до самой сетчатки.

Кэролайн. Это действительно превосходное изобретение.

Миссис Б. А скажите мне, какое средство вы бы предложили для людей, имеющих противоположный дефект зрения; то есть для дальнозорких, у которых хрусталик, будучи слишком плоским, не преломляет лучи в достаточной степени, так что они достигают сетчатки, прежде чем сойдутся в точку?

Кэролайн. Я полагаю, что для этого дефекта должно применяться противоположное средство; то есть выпуклая линза L M (рис. 2), чтобы восполнить недостаток выпуклости хрусталика O P. Ведь выпуклая линза сближала бы лучи, так что они падали бы на хрусталик менее расходящимися или параллельными; и, будучи быстрее собранными в фокус, они попадали бы на сетчатку.

Миссис Б. Очень хорошо, Кэролайн. Вот почему пожилые люди, влаги глаз которых ослабли с возрастом, вынуждены использовать выпуклые очки. А когда они лишены этого средства, они держат объект на расстоянии от глаз, как на рис. 3, чтобы сместить фокус вперед.

Кэролайн. Я часто удивлялась, когда мой дедушка читает без очков, видя, как он держит книгу на значительном расстоянии от глаз. Но теперь я понимаю причину; чем дальше объект от хрусталика, тем ближе к нему будет сформировано изображение.

Эмили. Я очень хорошо понимаю природу этих двух противоположных дефектов; но я не могу теперь представить, как вообще зрение может быть совершенным: ведь если хрусталик имеет надлежащую степень выпуклости, чтобы собрать изображение удаленных объектов в фокус на сетчатке, он не будет четко отображать близкие объекты; и если, наоборот, он приспособлен для получения четкого изображения близких объектов, он даст очень несовершенное изображение удаленных объектов.

Миссис Б. Ваше наблюдение очень верно, Эмили; и правда, что каждый человек был бы подвержен одному из этих двух дефектов, если бы мы не имели возможности приспосабливать глаз к расстоянию до объекта; считается, что это достигается благодаря нашему управлению хрусталиком, позволяющему приближать его к объекту или отодвигать от него, по мере необходимости, с помощью двух мышц, к которым прикреплен хрусталик; так что фокус лучей постоянно попадает на сетчатку, и изображение получается одинаково четким как для удаленных объектов, так и для тех, что находятся близко.

Кэролайн. В глазах рыб, которые являются единственными глазами, которые я когда-либо видела отдельно от головы, роговица не выступает в той части глаза, которая открыта для обозрения.

Миссис Б. Роговица глаза рыбы не более выпукла, чем остальная часть глазного яблока; но чтобы восполнить этот недостаток, их хрусталик имеет сферическую форму и преломляет лучи настолько сильно, что ему не требуется помощь роговицы, чтобы собрать их в фокус на сетчатке.

Эмили. Скажите, в чем причина того, что мы не можем видеть объект четко, если поместим его очень близко к глазу?

Миссис Б. Потому что лучи падают на хрусталик слишком расходящимися, чтобы преломиться в фокус на сетчатке; поэтому путаница, возникающая при рассматривании объекта слишком близко к глазу, подобна той, что происходит из-за уплощенного хрусталика; лучи достигают сетчатки, прежде чем они соберутся в фокус (рис. 4). Если бы не это несовершенство, мы могли бы видеть и различать части объектов, которые из-за своей миниатюрности сейчас невидимы для нас; ибо, если бы мы могли поместить их очень близко к глазу, изображение на сетчатке было бы настолько увеличено, что сделало бы их видимыми.

Эмили. А нельзя ли придумать какое-нибудь приспособление, чтобы направлять лучи от объектов, рассматриваемых вблизи глаза, так, чтобы они преломлялись в фокус на сетчатке?

Миссис Б. Для этой цели сконструирован микроскоп. Простой микроскоп (рис. 5) состоит просто из выпуклой линзы, обычно называемой увеличительным стеклом; в фокусе которой помещается объект и через которую его рассматривают: таким образом, вы можете поднести глаз очень близко к объекту, ибо линза A B, уменьшая расхождение лучей перед тем, как они войдут в зрачок C, заставляет их падать параллельно на хрусталик D, которым они преломляются в фокус на сетчатке в точке R R.

Эмили. Это восхитительное изобретение, и нет ничего проще; ведь линза увеличивает объект, просто позволяя нам поднести его ближе к глазу.

Plate xxiii.

Миссис Б. Поэтому те линзы, которые имеют самый короткий фокус, будут увеличивать объект сильнее всего, потому что они позволяют нам поместить его ближе всего к глазу.

Эмили. Но линза, имеющая самый короткий фокус, наиболее выпуклая; и выпуклость линзы помешает глазу приблизиться очень близко к объекту.

Миссис Б. Это исправляется путем изготовления линзы чрезвычайно малого размера: тогда она может быть сферической, не занимая много места, и таким образом объединить преимущества короткого фокуса и возможности приближения глаза к объекту.

Существует способ увеличения объектов без использования линзы: если вы посмотрите через отверстие не больше булавочной головки, вы можете поместить крошечный объект близко к глазу, и он будет четким и значительно увеличенным. Этот кусочек жести был проколот для этой цели; поместите его близко к глазу, а этот мелкий шрифт — перед ним.

Кэролайн. Поразительно! Буквы кажутся в десять раз больше, чем без него: я не могу понять, как достигается этот эффект.

Миссис Б. Малость отверстия предотвращает попадание в глаз тех частей каждого пучка лучей, которые сильно расходятся; так что, несмотря на близость объекта, те лучи от него, которые входят в глаз, почти параллельны и поэтому собираются в фокус влагами глаза.

Кэролайн. У нас дома есть микроскоп, который является гораздо более сложным инструментом, чем тот, который вы описали.

Миссис Б. Это двойной микроскоп (рис. 6), в котором вы видите не сам объект A B, а его увеличенное изображение a b. В этом микроскопе используются две линзы; одна, L M, для цели увеличения объекта, называется объективом, другая, N O, действует по принципу простого микроскопа и называется окуляром.

Существует еще один вид микроскопа, называемый солнечным микроскопом, который является самым удивительным из-за своей огромной увеличительной силы: в нем мы также рассматриваем изображение, сформированное линзой, а не сам объект. Поскольку светит солнце, я могу показать вам действие этого микроскопа; но для этого мы должны закрыть ставни и впустить лишь небольшую часть света через отверстие в оконной ставне, которое мы использовали для камеры-обскуры. Теперь мы поместим объект A B (табл. 23, рис. 1), который является маленьким насекомым, перед линзой C D, почти в ее фокусе: изображение E F будет тогда представлено на противоположной стене, точно так же, как пейзаж в камере-обскуре; с той разницей, что оно будет увеличено, а не уменьшено. Я оставлю вам возможность объяснить это, изучив рисунок.

Эмили. Я вижу это сразу. Изображение E F увеличено, потому что оно находится дальше от линзы, чем объект A B; в то время как изображение пейзажа было уменьшено, потому что оно было ближе к линзе, чем сам пейзаж. Значит, линза одинаково хорошо подходит как для увеличения, так и для уменьшения объектов?

Миссис Б. Да: если вы хотите увеличить изображение, вы помещаете объект вблизи фокуса линзы; если вы хотите получить уменьшенное изображение, вы помещаете объект на расстоянии от линзы, чтобы изображение могло сформироваться в фокусе или вблизи него.

Кэролайн. Увеличительная сила этого микроскопа колоссальна: но нечеткость изображения из-за недостатка света является большим несовершенством. Не стало бы оно яснее, если бы отверстие в ставне было увеличено, чтобы впустить больше света?

Миссис Б. Если весь впущенный свет не падает на объект, результатом будет лишь то, что в комнате станет светлее, а изображение, следовательно, менее четким.

Эмили. Но нельзя ли с помощью другой линзы собрать большой пучок лучей в фокус на объекте и таким образом сконцентрировать на нем весь впущенный свет?

Миссис Б. Очень хорошо. Мы увеличим отверстие и поместим в него линзу X Y (рис. 2), чтобы собрать лучи в фокус на объекте A B. Есть только одна вещь, которой не хватает, чтобы завершить солнечный микроскоп, которую я предоставлю обнаружить проницательности Кэролайн.

Кэролайн. К нашему микроскопу прикреплено небольшое зеркало на подвижном шарнире, которое можно настроить так, чтобы оно принимало солнечные лучи и отражало их на объект: если бы подобное зеркало было помещено для отражения света на линзу, не стало бы это средством для более совершенного освещения объекта?

Миссис Б. Вы совершенно правы. P Q (рис. 2) — это небольшое зеркало, помещенное снаружи оконной ставни, которое принимает падающие лучи S S и отражает их на линзу X Y. Теперь, когда мы завершили аппарат, давайте рассмотрим клещей на этом кусочке сыра, который я помещаю вблизи фокуса линзы.

Кэролайн. О, насколько более четким стало изображение, и как удивительно оно увеличено! Клещи на сыре выглядят как стадо свиней, карабкающихся по скалам.

Эмили. Я никогда не видела ничего более любопытного. Вот упал огромный кусок сыра: можно подумать, что это землетрясение: некоторые из бедных клещей, должно быть, были раздавлены; как быстро они бегут — они буквально скачут.

Но этот микроскоп можно использовать только для прозрачных объектов; так как свет должен проходить сквозь них, чтобы сформировать изображение на стене?

Миссис Б. Очень мелкие объекты, подобные тем, что рассматриваются в микроскопе, обычно прозрачны, но когда нужно показать непрозрачные объекты, используется зеркало M N (рис. 3), чтобы отразить свет на сторону объекта, обращенную к стене: изображение тогда формируется светом, отраженным от объекта, вместо того чтобы проходить сквозь него.

Эмили. Скажите, не построен ли волшебный фонарь на тех же принципах?

Миссис Б. Да, с той разницей, что объекты для увеличения нарисованы на стеклышках, а свет обеспечивается лампой, а не солнцем.

Микроскоп — это отличное изобретение, позволяющее нам видеть и различать объекты, которые слишком малы, чтобы быть видимыми невооруженным глазом. Но есть объекты, которые, хотя и не являются действительно маленькими, кажутся таковыми нам из-за своего расстояния; к ним мы не можем применить то же средство; ибо когда дом находится так далеко, что виден под тем же углом, что и клещ, находящийся близко к нам, эффект, производимый на сетчатке, тот же: угол, под которым он виден, недостаточно велик, чтобы сформировать четкое изображение на сетчатке.

Эмили. Поскольку в этом случае невозможно приблизить объект к глазу, нельзя ли нам с помощью линзы приблизить его изображение к нам?

Миссис Б. Да; но тогда, поскольку объект очень далек от фокуса линзы, изображение было бы слишком маленьким, чтобы быть видимым невооруженным глазом.

Эмили. Тогда почему бы не посмотреть на изображение через другую линзу, которая будет действовать как микроскоп, позволит нам приблизить изображение к глазу и таким образом сделать его видимым?

Миссис Б. Очень хорошо, Эмили; я поздравляю вас с изобретением телескопа. На рисунке 4 линза C D формирует изображение E F объекта A B; а линза X Y служит цели увеличения этого изображения; и это все, что требуется в обычном преломляющем телескопе.

Эмили. Но на рис. 4 изображение не перевернуто на сетчатке, как обычно бывают объекты: поэтому оно должно казаться нам перевернутым; а это не так в телескопах, в которые я смотрела.

Миссис Б. Когда необходимо представить изображение прямым, требуются две другие линзы; с помощью которых формируется второе изображение, обратное первому, и, следовательно, прямое. Эти дополнительные стекла используются для наблюдения земных объектов; ибо не возникает никаких неудобств от того, что небесные тела видны перевернутыми.

Эмили. Разница между микроскопом и телескопом, кажется, заключается в следующем: микроскоп создает увеличенное изображение, потому что объект находится ближе всего к линзе; а телескоп создает уменьшенное изображение, потому что объект находится дальше всего от линзы.

Миссис Б. Ваше наблюдение относится только к линзе C D, или объективу, который служит для приближения изображения объекта к глазу; ибо линза X Y, или окуляр, является, по сути, микроскопом, так как его цель — увеличить изображение.

Когда требуется очень большая увеличительная сила, телескопы конструируются с вогнутыми зеркалами вместо линз. Они называются отражающими телескопами, потому что изображение отражается металлическими зеркалами. Вогнутые зеркала, как вы знаете, производят при отражении эффект, подобный эффекту выпуклых линз при преломлении. В отражающих телескопах, следовательно, зеркала используются для того, чтобы приблизить изображение к глазу; а линза, или окуляр, такая же, как в преломляющем телескопе, — для увеличения изображения.

Преимущество отражающего телескопа в том, что зеркала, фокус которых составляет шесть футов, будут увеличивать так же сильно, как линзы в сто футов: инструмент такого рода может, следовательно, обладать высокой увеличительной силой и при этом быть настолько коротким, что им легко управлять.

Кэролайн. Но я думала, что только окуляр увеличивает изображение; а другая линза служит для того, чтобы приблизить уменьшенное изображение к глазу.

Миссис Б. Изображение уменьшено по сравнению с объектом, это правда; но оно увеличено, если сравнить его с размерами, в которых оно казалось бы без вмешательства какого-либо оптического инструмента; и эта увеличительная сила больше в отражающих телескопах, чем в преломляющих.

Мы должны теперь завершить наши наблюдения, ибо я сообщила вам весь мой весьма ограниченный запас знаний по натурфилософии. Если это позволит вам добиться дальнейшего прогресса в этой науке, мои желания будут удовлетворены; но помните, чтобы изучение природы приносило счастье, оно должно вести к полному доверию к мудрости и благости ее щедрого Творца.

Вопросы

1.(Pg. 195) What is the form of the body of the eye? fig. 1, plate 21.

2.(Pg. 195) What is its external coat called?

3.(Pg. 195) What is the transparent part of this coat denominated?

4.(Pg. 195) What is the second coat named?

5.(Pg. 195) What opening is there in this?

6.(Pg. 195) What is the coloured part which surrounds the pupil?

7.(Pg. 195) The pupils dilate and contract, what purpose does this answer?

8.(Pg. 196) How could you observe the dilatation and contraction of the pupils?

9.(Pg. 196) What purpose is the choroid said to answer?

10.(Pg. 196) In what animals is the change in the iris greatest?

11.(Pg. 196) What are the three humours denominated, and how are they situated?

12.(Pg. 197) What is the part represented at i i, and of what does it consist?

13.(Pg. 197) What are the respective uses of the humours, and of the retina?

14.(Pg. 197) Why is it necessary the rays should be refracted?

15.(Pg. 197) How is this illustrated by fig. 3 and 4, plate 21?

16.(Pg. 198) What causes a person to be short-sighted? fig. 5, plate 21.

17.(Pg. 198) Why does placing an object near the eye, enable such, to see distinctly? fig. 6.

18.(Pg. 199) A concave lens remedies this defect; how? fig. 1, plate 22.

19.(Pg. 199) What is the remedy, when a person is long-sighted? fig. 2.

20.(Pg. 199) Why does holding an object far from the eye, help such persons? fig. 3.

21.(Pg. 200) How is the eye said to adapt itself to distant, and to near objects?

22.(Pg. 200) Why are objects rendered indistinct, when placed very near to the eye? fig. 4, plate 22.

23.(Pg. 200) What is the single microscope, fig. 5, and how does it magnify objects?

24.(Pg. 201) How may objects be magnified without the aid of a lens?

25.(Pg. 201) Why can an object, very near to the eye, be distinctly seen, when viewed through a small hole?

26.(Pg. 201) Describe the double microscope, as represented in fig. 6, plate 22.

27.(Pg. 202) How does the solar microscope, (fig. 1 plate 23.) operate?

28.(Pg. 202) Why may minute objects be greatly magnified by this instrument?

29.(Pg. 202) In its more perfect form it has other appendages, as seen in fig. 2, what are they? and what their uses?

30.(Pg. 203) What is added when opaque objects are to be viewed? fig. 3.

31.(Pg. 203) In what does the magic lanthorn differ from the solar microscope?

32.(Pg. 203) What are the use and structure of the telescope, as shown in fig. 4?

33.(Pg. 204) When terrestrial objects are to be viewed, why are two additional lenses employed?

34.(Pg. 204) What part of the telescope performs the part of a microscope?

35.(Pg. 204) In what does the reflecting, differ from the refracting telescope?

36.(Pg. 204) What advantages, do reflecting, possess over refracting telescopes?

ГЛОССАРИЙ.

Ускоренное движение. Движение называется ускоренным, когда скорость постоянно увеличивается.

Акцидентальные свойства. Те свойства тел, которые подвержены изменениям, такие как цвет, форма и т. д.

Острый. — См. Угол.

Воздух. Упругая жидкость. Под этим термином обычно понимают атмосферу, окружающую землю, но существует много видов воздуха. Термин является синонимом слова Газ.

Воздушный насос. Инструмент, с помощью которого из сосудов можно откачивать воздух.

Высота. Высота в градусах солнца или любого небесного тела над горизонтом.

Угол. Пространство, заключенное между двумя линиями, наклоненными друг к другу и встречающимися в одной точке. Углы измеряются в градусах по сегменту круга, описанному путем установки одной ножки циркуля в вершину угла, а другой — описанием сегмента между двумя линиями. Если сегмент составляет ровно 1/4 круга, он называется прямым углом и содержит 90 град. Если более 1/4 круга, это тупой угол. Если менее — острый угол. См. табл. 2.

Угол падения — это пространство, заключенное между лучом, падающим наклонно на тело, и линией, перпендикулярной поверхности тела в точке, куда падает луч.

Угол отражения. Пространство, заключенное между отраженным лучом и линией, перпендикулярной точке отражения.

Угол зрения, или зрительный угол. Пространство, заключенное между линиями, проведенными от крайних частей любого объекта и встречающимися в глазу.

Антарктический круг. Круг, простирающийся вокруг южного полюса на расстоянии 23 1/2 градуса от него. То же, что южный холодный пояс.

Афелий. Та часть орбиты планеты, в которой ее расстояние от солнца является наибольшим.

Площадь. Поверхность, заключенная между линиями, которые образуют границу любой фигуры, правильной или неправильной.

Овен. См. Знак.

Астероиды. Название, данное четырем малым планетам: Церере, Юноне, Палладе и Весте.

Астрономия. Наука, которая рассматривает движение и другие явления солнца, планет, звезд и других небесных тел.

Атмосфера. Воздух, который окружает землю, простираясь на неизвестную высоту. Ветер — это воздух в движении.

Притяжение. Склонность тел приближаться друг к другу и находиться в контакте.

Сила сцепления. То притяжение, которое заставляет материю оставаться в массах, предотвращая их распад в порошок. Чтобы это притяжение существовало, частицы должны быть соприкасающимися.

Гравитация. Благодаря этому притяжению массы материи, расположенные на расстоянии, имеют тенденцию приближаться друг к другу. Притяжение между солнцем и планетами является взаимным.

Ось Земли или любой из планет. Воображаемая линия, проходящая через их центры и заканчивающаяся на их полюсах; вокруг нее совершаются их суточные вращения.

Ось вращения. Воображаемая линия, вокруг которой вращаются все части тела, когда оно совершает вращательное движение.

Ось линзы или зеркала. Линия, проходящая через центр линзы или зеркала в направлении, перпендикулярном его поверхности.

Баллон. Любой полый шар. Термин обычно применяется к тем, которые заставляют подниматься в воздух.

Барометр. Обычно называемый погодным стеклом. Он имеет стеклянную трубку, содержащую ртуть, которая, поднимаясь и опускаясь, указывает на любое изменение давления атмосферы и, таким образом, часто предупреждает нас об изменениях погоды.

Тело. То же, что материя. Оно может существовать в твердом, жидком или газообразном состоянии; и включает все, с чем мы знакомимся с помощью чувств.

Зажигательное стекло или зеркало. Линза или зеркало, с помощью которых лучи света и тепла собираются в фокус, чтобы поджечь тела.

Камера-обскура, темная комната; или чаще ящик, пропускающий свет через одно отверстие, где помещена линза; которая, собирая лучи света от внешних объектов в фокус, представляет их совершенную картину в миниатюре.

Капиллярные трубки. Трубки, диаметр которых очень мал. Стеклянные трубки обычно используются для демонстрации явления капиллярности. Жидкости, в которые они погружены, поднимаются в таких трубках выше уровня жидкости в содержащем их сосуде.

Центр круга. Точка, равноудаленная от каждой части его окружности.

Центр тяжести. Та точка внутри тела, к которой стремятся все его частицы и вокруг которой они точно уравновешивают друг друга. Система тел, как планеты, может иметь общий центр тяжести, вокруг которого они вращаются по своим орбитам; в то время как каждое, подобно земле, имеет свой собственный центр тяжести внутри себя.

Центр вращения. Та точка, вокруг которой движутся части вращающегося тела, каковая точка сама по себе считается находящейся в состоянии покоя.

Центр величины. Средняя точка любого тела. Предположим, шар, одна сторона которого сделана из свинца, а другая из дерева, центры величины и тяжести не находились бы в одних и тех же точках.

Центральные силы. Те, которые либо толкают тело к центру вращения, либо от него.

Центробежная. Та, которая дает тенденцию лететь от центра.

Центростремительная. Та, которая толкает тело к центру.

Круг. Фигура, периферия или окружность которой везде одинаково удалена от точки, называемой ее центром.

Круг, большой. На глобусе или земле — это тот, который делит его на две равные части, или полушария. Экватор и меридианы являются большими кругами.

Круг, малый. Те, которые делят глобус на неравные части. Тропические, арктический и антарктический круги и все параллели широты являются малыми кругами.

Окружность. Граничная линия любой поверхности, как та, что окружает центр круга; четыре стороны квадрата и т. д.

Кометы. Тела, которые вращаются вокруг солнца по очень длинным овалам, приближаясь к нему очень близко в своем перигелии, но в афелии удаляясь на неизмеримо большое расстояние.

Сцепление. См. Притяжение.

Сжимаемый. Способный быть принудительно помещенным в меньшее пространство.

Вогнутый. Выдолбленный; внутренняя поверхность часового стекла вогнута и может представлять форму вогнутого зеркала или линзы.

Выпуклый. Выступающий или выпячивающийся, как внешняя поверхность часового стекла, которая может представлять форму выпуклого зеркала или линзы.

Конус. Тело, несколько напоминающее сахарную голову; то есть имеющее круглое основание и наклоненное по бокам, пока не заканчивается в точке.

Соединение. Когда три небесных тела находятся на прямой линии, если вы возьмете любое из крайних тел, остальные два находятся в соединении с ним; потому что прямая линия, проведенная от него, могла бы пройти через центры обоих и соединить их вместе. Во время новолуния луна и солнце находятся в соединении с землей; а луна и земля находятся в соединении с солнцем.

Созвездие, или Знак. Коллекция звезд. Астрономы вообразили картины, нарисованные на небесах, чтобы охватить ряд соседних звезд, и назвали группу в честь животного или другого предмета, предположительно нарисованного; отдельная звезда обычно обозначается своим воображаемым местоположением; как, например, на ухе Льва и т. д.

Сходящиеся лучи — это те, которые приближаются друг к другу, чтобы в конечном итоге встретиться в одной точке.

Кристаллы. Тела правильной формы, имеющие плоские поверхности и хорошо выраженные углы. Селитра и другие соли — знакомые примеры. Многие массы материи состоят из кристаллов, слишком мелких, чтобы их можно было различить без очков.

Криволинейный, состоящий из линии, которая не является прямой, как часть круга, овала или любой кривой линии.

Цилиндр. Тело в форме ролика, имеющее плоские круглые концы и одинаковый диаметр по всей длине.

Градус. Если круг любого размера разделить на 360 равных частей, каждая из этих частей называется градусом. Одна четверть круга содержит девяносто градусов; одна двенадцатая круга — тридцать градусов. Фактическая длина градуса должна зависеть от размера круга. Градус на экваторе, на меридиане или любом большом круге земли равен 69 1/2 милям.

Прямые линии иногда делятся на равные части, называемые градусами; но эти деления произвольны и не имеют отношения к градусам на круге.

Плотность. Близость текстуры. Когда два тела равны по объему, то, которое весит больше, имеет наибольшую плотность.

Диагональ. Линия, проведенная так, чтобы соединить два удаленных угла квадрата или другой четырехсторонней фигуры.

Расширение. Акт увеличения в размере. Тела в целом расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении.

Диссонанс. Когда вибрации воздуха, производимые двумя музыкальными тонами, не имеют определенного отношения друг к другу, производится резкий звук, который называется диссонансом.

Расходящиеся лучи. Те, которые исходят из одной точки, но постоянно удаляются друг от друга.

Делимость. Способность быть разделенным или иметь части, отделенные друг от друга. Это называется одним из существенных свойств материи; потому что, какими бы мелкими ни были частицы, они все равно должны содержать столько же половин, четвертей и т. д., сколько самая большая масса материи.

Эхо. Звук, отраженный каким-либо веществом, расположенным так, чтобы произвести этот эффект.

Затмение. Прерывание света солнца или какого-либо другого небесного тела вмешательством непрозрачного тела. Луна, проходя между землей и солнцем, вызывает затмение последнего.

Эклиптика. Круг на небесах. Кажущийся путь солнца через двенадцать знаков зодиака. Это вызвано фактическим вращением земли вокруг солнца. Она называется эклиптикой, потому что затмения всегда происходят в направлении этой линии от земли.

Упругость. То свойство тел, благодаря которому они восстанавливают свои размеры и форму, когда сила, изменившая их, удаляется. Воздух исключительно упруг. Два шара из слоновой кости, ударенные друг о друга, становятся сплющенными в точке контакта; но немедленно восстанавливая свою форму, они реагируют друг на друга.

Эллипс. Овал. Эта фигура отличается от круга тем, что она неравна в своих диаметрах и имеет два центра, или точки, называемые фокусами. Орбиты планет все эллиптические.

Экватор. Та воображаемая линия, которая делит землю на северное и южное полушария и которая равноудалена от каждого полюса.

Равновесие. Когда два предмета точно уравновешивают друг друга, они находятся в равновесии. Они могут, тем не менее, быть очень неравными по весу, но они должны быть расположены так, чтобы, если их привести в движение, их количества движения были равны.

Равноденствие. Два периода времени, в которые ночи и дни везде равны по длине. Весеннее равноденствие приходится на март, когда солнце входит в знак Овна; осеннее равноденствие — в сентябре, когда солнце входит в Весы. В эти периоды солнце находится вертикально над экватором.

Испарения. Все те предметы, которые поднимаются с земли и, смешиваясь с атмосферой, образуют пар.

Расширение. То же, что дилатация, см.

Протяженность. Одно из существенных свойств материи; то, благодаря которому она занимает некоторое пространство, исключая всю другую материю.

Фигура. Вся материя должна существовать в какой-то форме или очертании; поэтому фигура считается существенным свойством материи.

Жидкость. Форма материи, в которой ее частицы легко текут или скользят друг по другу. Воздухи, или газы, называются упругими жидкостями, потому что они легко уменьшаются в объеме под давлением. Жидкости называются неупругими жидкостями, потому что они претерпевают лишь незначительное уменьшение объема под действием любой механической силы.

Фокус. Та точка, в которой соединяются сходящиеся лучи.

Сила. Та мощь, которая действует на тело, стремясь либо создать, либо остановить движение.

Фонтан. Струя или поток воды, выталкиваемый вверх весом другой воды, упругостью воздуха или другим механическим давлением.

Трение. Трение тел друг о друга, при котором их движение замедляется. Трение может быть уменьшено, но не может быть уничтожено.

Холодные пояса. Пространства или области, заключенные внутри арктического и антарктического кругов.

Точка опоры. Опора. Точка или ось, с помощью которой тело поддерживается и вокруг которой оно способно к движению.

Газ. Любой вид воздуха; их существует несколько. Атмосфера состоит из двух видов, смешанных или объединенных друг с другом.

Геометрия. Та отрасль математики, которая рассматривает линии, поверхности и тела; и исследует их свойства и пропорции.

Глобус. Сфера или шар. Он имеет точку в своем центре величины, от которой его поверхность везде одинаково удалена.

Гравитация. Тот вид притяжения, который представляется общим для материи, существующим в ее частицах и дающим им, и, конечно, массам, которые они составляют, тенденцию приближаться друг к другу. Благодаря гравитации камень падает на землю, и благодаря ей небесные тела стремятся друг к другу.

Гармония. Сочетание музыкальных звуков, производимых вибрациями, которые имеют определенное отношение друг к другу; и которые вследствие этого приятно воздействуют на разум, когда слышны одновременно. Звуки, не связанные таким образом, производят диссонанс.

Полушарие. Половина сферы или глобуса. Плоскость, проходящая через центр глобуса, разделит его на полушария.

Горизонт. Он обычно делится на чувственный и рациональный. Чувственный горизонт — это та часть поверхности земли, до которой простирается наше зрение. Наш рациональный горизонт — это тот круг на небесах, который ограничивает наше зрение, когда мы находимся в океане, на обширной равнине или в любом возвышенном положении. На небесах наш чувственный и наш рациональный горизонт совпадают; его плоскость разделила бы землю на полушария на 90 градусов от нас; и человек, стоящий на той части земли, которая находится прямо напротив нас, в тот же момент увидел бы на своем горизонте те же небесные тела, которые были бы видны на нашем.

Горизонтальный. Уровень; не наклоненный или не наклонный. Совершенно круглый шар, помещенный на плоскую поверхность, которая расположена горизонтально, останется в состоянии покоя.

Гидравлика. Та наука, которая рассматривает воду в движении и средства ее подъема, проведения и использования для приведения в движение механизмов или других целей.

Гидростатика. Рассматривает вес, давление и равновесие жидкостей, когда они находятся в состоянии покоя.

Ареометр. Инструмент, используемый для определения удельного веса различных жидкостей, что он делает по глубине, на которую он погружается, плавая в них.

Изображение. Картина любого объекта, которую мы воспринимаем либо отраженным, либо преломленным светом. Все объекты, которые видимы, становятся таковыми, формируя изображения на сетчатке.

Непроницаемость. То свойство материи, благодаря которому она исключает всю другую материю из занятия того же пространства с собой в то же время. Если бы две частицы могли существовать в одном и том же пространстве, то же самое могло бы быть и с любым большим числом, и, действительно, вся материя во вселенной могла бы быть собрана в одной точке.

Падение. Направление, в котором тело или луч света движется при приближении к любому веществу, на которое он падает.

Наклонная плоскость. Одна из шести механических сил. Любая плоская поверхность, наклоненная к горизонту, может быть так названа.

Инерция. Одно из неотъемлемых свойств материи. Отсутствие силы или какого-либо активного принципа внутри себя, с помощью которого она может изменить свое собственное состояние, будь то движения или покоя.

Неотъемлемые свойства. Свойства, абсолютно необходимые для существования тела; их также называют существенными свойствами. Все остальные именуются случайными. Цвет — это случайное свойство, а протяженность — существенное свойство материи.

Широта. Расстояние от экватора по прямой линии в направлении любого из полюсов. Это расстояние измеряется в градусах и минутах. Градус широты не может превышать девяноста, или одной четверти круга. Места к югу от экватора находятся в южной широте, а места к северу — в северной широте.

Широта, параллели. Так называются линии, проведенные на глобусе параллельно экватору; каждое место, расположенное на такой линии, имеет одинаковую широту, поскольку оно равноудалено от экватора.

Линза. Стекло, отшлифованное таким образом, что одна или обе его поверхности образуют сегменты сферы, служащее для увеличения или уменьшения объектов, видимых сквозь них. Стекла, используемые в очках, являются линзами.

Рычаг. Один из механических принципов. Негибкий стержень из дерева или металла, поддерживаемый точкой опоры, или подпоркой; используется для усиления действия заданной силы.

Весы (Libra). Один из двенадцати знаков зодиака. Тот, в который солнце входит во время осеннего равноденствия.

Свет. Тот принцип, с помощью которого мы способны различать все видимые объекты. Принято считать, что это субстанция, испускаемая светящимися телами и вызывающая зрение при попадании в глаз.

Долгота. Расстояние, измеряемое в градусах и минутах в восточном или западном направлении от любой заданной точки на экваторе или на параллели широты. Градусы долготы могут составлять до 180, или половины круга. Градус долготы, измеренный на экваторе, имеет ту же длину, что и градус широты; но по мере приближения к полюсам градусы долготы уменьшаются в длину, поскольку круги, на которых они измеряются, становятся меньше.

Лунный. Относящийся к Luna, луне.

Лунация. Время, за которое луна совершает свой оборот. Лунный месяц.

Светящиеся тела. Те, которые испускают свет из своей собственной субстанции; не светят заимствованным или отраженным светом.

Машина. Любой инструмент, простой или сложный, с помощью которого производится какой-либо механический эффект. Игла и часы — это машины.

Волшебный фонарь. Оптический инструмент, с помощью которого прозрачные изображения, нарисованные на стекле, увеличиваются и демонстрируются на белой стене или экране в затемненной комнате. Фантасмагория — это разновидность волшебного фонаря.

Математика. Наука о числах и протяженности. Обычная арифметика является низшим разделом математики. В своих высших разделах она распространяется на все, что можно пересчитать или измерить.

Материя. Субстанция. Все, с чем мы знакомимся с помощью чувств; все, что имеет длину, ширину и толщину, независимо от того, насколько оно велико или мало.

Механика. Наука, которая исследует принципы, от которых зависит действие любой машины; и учит их правильному применению для преодоления сопротивления и создания движения во всех полезных целях, для которых они применяются.

Среда. В оптике — любое тело, пропускающее свет. Воздух, вода, стекло и все другие прозрачные тела являются средами. Среда также обозначает то, в чем движется какое-либо тело. Воздух — это среда, которая передает звук и позволяет птицам летать.

Мелодия. Последовательность таких отдельных музыкальных звуков, которые образуют простую арию или напев.

Меркурий. Планета, ближайшая к солнцу. Ртуть — металл, который остается жидким при обычной температуре атмосферы. Он может быть переведен в твердое состояние при сильном холоде.

Меридиан. Полдень. Меридианная линия — это линия, которая тянется прямо от одного полюса земли к другому, пересекая экватор под прямым углом. Следовательно, это половина большого круга. Время суток одинаково в каждом месте, расположенном на одном и том же меридиане. Долгота измеряется от любого заданного меридиана до противоположного меридиана. Места, находящиеся на одинаковом расстоянии в градусах к востоку или западу от любого меридиана, имеют одинаковую долготу.

Микроскоп. Оптический инструмент, с помощью которого мелкие объекты увеличиваются настолько, что позволяют нам видеть и исследовать то, что нельзя было бы увидеть невооруженным глазом.

Минерал. Земли, камни, металлы, соли и вообще все вещества, добываемые из земли, называются минералами.

Минута. Во времени — шестидесятая часть часа. В длине — шестидесятая часть градуса. Минута времени — это неизменный период; но минута длины варьируется по протяженности в зависимости от градуса, частью которого она является. Градусы и минуты равны по количеству на обычном кольце, на экваторе земли или на любом круге небес.

Зеркала. Полированные поверхности из металла или стекла, покрытого металлом, предназначенные для отражения лучей света и изображений объектов. Обычные зеркала — это зеркала. Те, что используются в зеркальных телескопах, сделаны из металла.

Подвижность. Способность перемещаться из одного места в другое. Это считается одним из существенных свойств материи, поскольку мы не можем представить ее существование без этой способности.

Количество движения. Сила или мощь, с которой движущееся тело воздействует на любое другое тело или стремится сохранить свое собственное количество движения. Количество движения тела складывается из его количества материи и его скорости. Тело весом в один фунт, движущееся со скоростью две мили в минуту, будет обладать тем же количеством движения, что и тело весом в два фунта, движущееся со скоростью одна миля в минуту.

Движение. Продолжительное и последовательное изменение места, либо всего тела, либо частиц, из которых состоит тело; земля, вращаясь только вокруг своей оси, не меняла бы своего места как тело, но все частицы, из которых она состоит, вращались бы вокруг общей оси движения. При вращении по своей орбите вся ее масса постоянно занимает новую часть пространства.

Натурфилософия. Наука, которая исследует законы, управляющие всеми естественными телами во вселенной, во всех их изменениях места или состояния.

Квадратурные приливы. Те приливы, которые происходят, когда луна находится в своих квадратурах, или на полпути между новолунием и полнолунием; в эти периоды приливы самые низкие.

Узлы. Те точки на орбите луны или планеты, где она пересекает эклиптику или плоскость орбиты земли. При прохождении к северу от эклиптики он называется восходящим узлом; при прохождении к югу от нее — нисходящим узлом.

Сплюснутый. См. Сфероид.

Восьмиугольник. Фигура с восемью сторонами и, следовательно, с восемью углами.

Непрозрачный. Непрозрачный; не пропускающий лучи света.

Оптика. Раздел науки, который изучает свет и зрение. Обычно делится на две части: катоптрику, которая изучает отражение света, и диоптрику, которая изучает его преломление.

Орбита. Линия, по которой первичная планета движется при своем обращении вокруг солнца; или вторичная планета при своем обращении вокруг своей первичной планеты. Все эти орбиты эллиптические, или овальные.

Парабола. Особый вид кривой; та, которую описывает тело при подъеме и падении, когда его бросают вверх в любом направлении, не перпендикулярном горизонту.

Параллелограмм. Фигура с четырьмя сторонами, имеющая противоположные стороны параллельными друг другу. Квадрат, прямоугольник и фигура, обычно называемая ромбом, являются параллелограммами.

Параллельные линии. Все линии, прямые или кривые, которые везде находятся на равном расстоянии друг от друга, являются параллельными линиями.

Параллель широты. См. Широта.

Перигелий. Та часть орбиты планеты, в которой она наиболее приближается к солнцу.

Маятник. Тело, подвешенное на стержне или нити, так что оно может вибрировать или колебаться вперед и назад. Маятники одинаковой длины совершают свои колебания за одно и то же время, независимо от их веса и от того, является ли дуга колебания длинной или короткой.

Удар. Столкновение тел друг с другом. Сила этого зависит от количества движения ударяющего тела.

Период. Время, необходимое для обращения одного из небесных тел по своей орбите.

Перпендикуляр. Образующий угол в 90 градусов с горизонтом. Когда две линии, которые встречаются, образуют угол в 90 градусов, они перпендикулярны друг другу.

Фазы. Различные виды диска или лица луны и планет; та их часть, которую мы видим освещенной лучами солнца.

Явление. Любое естественное проявление правильно называть так; однако этот термин обычно применяется к необычным явлениям, таким как затмения, прохождения и т. д.

Поршень. Та часть насоса или другого двигателя, которая подогнана к полому цилиндру или стволу и движется вверх и вниз в нем для подъема воды или для любой другой цели.

Плоскость. Совершенно плоская поверхность. Плоскость орбиты планеты — это воображаемая плоская поверхность, простирающаяся на каждую часть орбиты.

Планета. Тела, которые вращаются вокруг солнца по почти круговым орбитам. Они делятся на первичные и вторичные; последние также называются спутниками, или лунами; они вращаются вокруг первичных планет и сопровождают их в их движении вокруг солнца.

Отвес. Нить или шнур, на котором подвешен груз; используется для нахождения линии, перпендикулярной горизонту; груз всегда притягивается к центру земли.

Пневматика. Раздел натурфилософии, который изучает механические свойства атмосферы или воздуха в целом.

Полюса. Крайние точки оси вращения нашей земли или любой другой вращающейся сферы. Полюса земли никогда не были посещены; регионы, которыми они окружены, преграждены непроходимыми ледяными барьерами.

Сила. Та сила, которую мы применяем к любому механическому инструменту для достижения заданной цели, называется силой, из какого бы источника она ни происходила. У нас есть сила весов, пружин, лошадей, людей, пара и т. д.

Призма. Инструмент, обычно так называемый, используется в оптике для разложения солнечного луча: он состоит из куска твердого стекла длиной в несколько дюймов и имеющего три плоские стороны; концы равны по размеру и, конечно, треугольные.

Прецессия равноденствий. Каждое равноденствие происходит на несколько секунд градуса раньше, чем земля достигает той части эклиптики, в которой произошло предыдущее равноденствие. Это явление называется прецессией равноденствий. Следовательно, происходит постепенное изменение мест знаков зодиака: факт, открытие которого пролило много света на древнюю хронологию.

Проекция. Сила, с помощью которой телу придается движение какой-либо силой, действующей на него независимо от гравитации.

Блок. Один из шести механических принципов. Колесо, вращающееся на оси, с проходящей через него веревкой. Только подвижный блок дает какое-либо механическое преимущество.

Насос. Гидравлический или пневматический инструмент для подъема воды или откачивания воздуха.

Квадрант. Четверть круга. Инструмент, используемый для измерения высоты тела в градусах над горизонтом.

Квадратуры луны. Период, в который она появляется в форме полукруга. Она находится тогда либо в своей первой, либо в своей последней четверти; и ровно на полпути между местами новолуния и полнолуния.

Излучение. Прохождение света или тепла лучами, или прямыми линиями; они испускаются из каждой светящейся или нагретой точки во всех направлениях.

Радиус. Расстояние от центра круга до его окружности; или половина его диаметра. Во множественном числе называется радиусами.

Радуга. Явление в атмосфере, вызванное разложением солнечного света при его преломлении и отражении при прохождении через капли дождя. Дугу можно увидеть только тогда, когда солнце находится низко над горизонтом, когда вы стоите к нему спиной и в противоположном направлении идет дождь.

Луч. Одиночная линия света, испускаемая в одном направлении из любой светящейся точки.

Реакция. Каждое тело, будь то в состоянии движения или покоя, стремится оставаться в таком состоянии и сопротивляется действию любого другого тела на него с силой, равной этому действию. Это сопротивление называется его реакцией.

Приемник. Это название применяется к стеклянным сосудам различных видов, относящимся к воздушному насосу, из которых может быть откачан воздух. Они сделаны для того, чтобы содержать или принимать любой предмет, на который должно быть произведено воздействие путем снятия давления атмосферы.

Преломление лучей света — это изгиб этих лучей, когда они проходят наклонно из одной среды в другую с другой плотностью. Палка, удерживаемая наклонно в воде, кажется согнутой или сломанной на поверхности жидкости.

Преломляемость. Способность к преломлению. Свет разлагается призмой, потому что его составные части преломляются в разной степени одной и той же преломляющей средой.

Отталкивание. Противоположность притяжения. Тенденция частиц или масс материи удаляться друг от друга. Материя тепла внутри тела, по-видимому, противодействует притяжению его частиц, чтобы предотвратить абсолютный контакт.

Сетчатка. Та часть глазного яблока, на которой формируются изображения видимых объектов; и от которой представление о таких формах передается в разум.

Обращение планеты — это либо суточное, либо годовое; первое — это ее вращение вокруг своей оси; второе — это ее прохождение по своей орбите.

Спутники. Луны, вторичные планеты.

Сегмент круга. Часть или доля круга; также называемая дугой круга.

Полудиаметр. Половина диаметра. Полудиаметр земли — это расстояние от ее поверхности до ее центра.

Сидерический. Относящийся к звездам. Сидерические сутки — это время, необходимое для того, чтобы звезда снова появилась на заданном меридиане. Сидерический год — период, за который солнце, по-видимому, совершило путь вокруг эклиптики, чтобы оказаться напротив какой-либо конкретной звезды, от которой рассчитывался его путь.

Знаки или созвездия. Коллекции или группы звезд. Знаки зодиака — двенадцать, соответствующие двенадцати месяцам в году. В центре их расположена эклиптика. Солнце, по-видимому, проходит последовательно через эти знаки; входя в первый градус Овна, который считается первым знаком, около 21 марта.

Небо. Тот обширный простор или пространство, в котором расположены небесные тела. Его синий вид, как предполагается, возникает из-за того, что частицы, из которых состоит атмосфера, обладают свойством отражать синие лучи в наибольшем количестве.

Солнечный. Относящийся к солнцу или управляемый им: как солнечная система, солнечный год, солнечные затмения.

Твердое тело. Не жидкое. Имеющее части, соединенные так, чтобы образовать массу. Твердые тела не являются абсолютно таковыми, так как все они, несомненно, содержат поры или пространства, лишенные материи.

Солнцестояния. Середина лета и середина зимы; те две точки на орбите земли, в которых ее полюса направлены наиболее прямо к солнцу.

Звучащие тела. Те тела, которые способны прийти в состояние вибрации, чтобы испускать звуки.

Удельный вес. Относительный вес тел разных видов, когда берется одинаковый объем каждого из них. Вода была выбрана в качестве стандарта для сравнения. Если мы говорим, что удельный вес тела равен 6, мы имеем в виду, что его вес в шесть раз больше веса части воды, точно равной ему по объему.

Спектр. То появление разноцветных лучей, которое создается преломлением солнечного луча с помощью призмы, называется призматическим спектром; он наиболее отчетливо и красиво демонстрирует все цвета, видимые в радуге.

Сфера. Глобус или шар.

Сфероид. Сферический; тело, приближающееся по своей форме к сфере. Земля называется сплюснутым сфероидом; она не является точной сферой, а сплюснута у полюсов, так что полярный диаметр более чем на тридцать миль меньше экваториального. Сплюснутый — это противоположность вытянутому и означает более короткий в одном направлении, чем в другом.

Сизигийные приливы. Те приливы, которые происходят во время новолуния или полнолуния. Приливы тогда поднимаются на большую высоту, чем в любой другой период.

Квадрат. Фигура, имеющая четыре стороны равной длины, и все ее углы — прямые.

В числах; произведение числа, умноженного на само себя; таким образом, квадрат 3 равен 9, а квадрат 8 равен 64.

Звезда. Неподвижные звезды называются так потому, что они сохраняют свое относительное положение; в то время как планеты, вращаясь по своим орбитам, кажутся блуждающими среди неподвижных звезд.

Стягивать. Этот термин применяется к измерению угла; когда линии, которыми он ограничен, лишь немного отходят друг от друга, говорят, что они стягивают; то есть содержатся под малым углом.

Поверхность. Поверхность любой фигуры. Пространство, протяженное в длину и ширину.

Система. Взаимная связь и зависимость вещей друг от друга. Солнечная, или Коперниканская система, включает солнце, планеты с их лунами и кометы.

Касательная. Прямая линия, касающаяся окружности круга; но которая не отсекла бы никакой ее части, если бы была продолжена за точку касания в обоих направлениях.

Телескоп. Инструмент, с помощью которого можно отчетливо видеть удаленные объекты; изображения объектов приближаются к глазу и значительно увеличиваются.

Умеренные пояса. Те части поверхности земли, расположенные между 23 1/2 и 66 1/2 градусами широты. В этих границах солнце никогда не бывает в зените; и оно никогда не остается в течение целого дня под горизонтом.

Термометр. Инструмент для измерения температуры атмосферы или других тел.

Жаркий пояс. Та часть земли, которая простирается на 23 1/2 градуса по обе стороны от экватора до тропических кругов; в пределах этого предела солнце бывает в зените дважды в год.

Прохождение. Говорят, что Меркурий или Венера проходят по диску солнца, когда они проходят между землей и этим светилом. Они тогда выглядят как темные пятна на лице солнца.

Прозрачный. Позволяющий лучам света свободно проходить сквозь него. Противоположность непрозрачного. Стекло, вода, воздух и т. д. являются прозрачными телами.

Тропики. Два круга на глобусе в каждом полушарии на расстоянии 23 1/2 градусов от экватора. За этими кругами солнце никогда не бывает в зените: и страны внутри них называются тропическими.

Сумерки. Та часть утра или вечера, в которую свет солнца ощутим, хотя оно находится под горизонтом.

Вакуум. Пространство, лишенное материи. Таким предполагается пространство, в котором вращаются планеты. Говорят, что мы создаем вакуум, когда откачиваем воздух из приемника.

Клапан. Часть насоса и некоторых других инструментов, которая открывается, чтобы допустить прохождение жидкости в одном направлении, но закрывается при нажатии в противоположном направлении, чтобы предотвратить возврат жидкости; пара мехов снабжена клапаном.

Пар. Испарения от жидких или твердых веществ, обычно смешивающиеся с атмосферой. Наиболее обильным является пар от воды.

Вертикальный. Прямо над нашими головами: девяносто градусов над нашим горизонтом.

Вибрация. Попеременное движение тела вперед и назад; качание, как маятник.

Визуальный. Относящийся к зрению; как визуальный угол, или тот угол, который образован лучами света, входящими в глаз от краев любого объекта.

Волнообразное движение. Вибрационное или волнообразное движение, сообщаемое жидкостям. Говорят, что звук распространяется волнообразным или вибрационным движением воздуха.

Клин. Один из механических принципов; форма клина хорошо известна. Он широко используется; служит для расщепления тел большой прочности и для подъема огромных грузов.

Колесо и ось. Один из механических принципов, используемый в различных модификациях. Краны для подъема грузов, колеса и шестерни часов, вороты и т. д. — все это применения этой силы.

Зодиак. Широкий пояс на небесах, простирающийся почти на восемь градусов по обе стороны от эклиптики; плоскости орбит всех планет включены в это пространство. Этот пояс разделен на двенадцать частей или знаков, каждый из которых содержит 30 градусов.

Эти знаки:

Овен; Баран. Телец; Бык. Близнецы; Близнецы. Рак; Краб. Лев; Лев. Дева; Дева. Весы; Весы. Скорпион; Скорпион. Стрелец; Стрелок. Козерог; Козел. Водолей; Водолей. Рыбы; Рыбы.

Первые шесть называются северными знаками; потому что солнце находится в них в течение той половины года, в которую оно находится в зените к северу от экватора; последние шесть называются южными знаками; потому что во время своего путешествия среди них оно находится в зените к югу от экватора.

Солнце входит в Овна во время весеннего равноденствия; в Рака — в летнее солнцестояние; в Весы — в осеннее равноденствие; и в Козерога — в зимнее солнцестояние.

Говорят, что солнце входит в знак, когда земля, двигаясь по своей орбите, входит в противоположный знак. Таким образом, когда солнце появляется в первом градусе Весов, это происходит вследствие того, что земля прибыла напротив первого градуса Овна. Линия, проведенная тогда от земли и проходящая через центр солнца, если бы ее продолжили до неподвижных звезд, коснулась бы первого градуса Весов.

Зона. Земля делится на зоны, или пояса. См. Холодный, Умеренный и Жаркий пояса.

УКАЗАТЕЛЬ.

А.

Air, 11, 15, 28, 50, 136.

Air-pump, 31, 145.

Angle, 44.

acute, 44.

obtuse, 44.

right, 44.

of incidence, 45, 154, 160, 173.

of reflection, 45, 154, 160, 173.

visual, 168, 169, 170.

Angular velocity, 171.

Antarctic circle, 92.

Aphelion, 75.

Arctic circle, 92.

Atmosphere, 28, 104, 129, 136, 144, 150, 163.

colour of, 193.

reflection of, 193.

refraction of, 182.

Attraction, 10, 14, 23, 25, 179.

of cohesion, 15, 19, 118.

capillary, 18.

of gravitation, 18, 23, 29, 70, 80, 96, 116, 136.

Avenue, 170.

Auditory nerve, 151.

Axis, 78.

of motion, 48.

of the earth, 22, 99.

of mirrors, 176.

of a lens, 184.

Б.

Balloon, 30.

Barometer, 140.

Bass, 155.

Bladder, 138.

Bodies, 10.

elastic, 40.

fall of, 23, 26, 30, 36.

luminous, 157.

opaque, 157.

sonorous, 152, 155.

transparent, 157.

Bulk, 16.

В.

Camera obscura, 184, 197, 201.

Capillary tubes, 18.

Centre, 48.

of gravity, 48, 51, 52, 115.

of magnitude, 48, 53.

of motion, 48, 55, 115.

Centrifugal force, 49, 72, 95, 115.

Centripetal force, 49, 72.

Ceres, 84.

Circle, 44, 94.

Circumference, 94.

Clouds, 129.

Colours, 23, 185.

Comets, 86.

Compression, 42.

Concord, 155.

Constellation, 86.

Convergent rays, 175, 177.

Crystals, 12.

Curvilinear motion, 47, 72.

Cylinder, 52.

Г.

Day, 78, 105, 106.

Degrees, 44, 94, 99, 169, 170.

of latitude, 94, 112.

of longitude, 94, 112.

Density, 16.

Diagonal, 47.

Diameter, 94.

Discords, 155.

Diurnal, 78.

Divergent rays, 175, 177.

Divisibility, 10, 12.

Д.

Earth, 18, 70, 84, 88, 95.

Echo, 154.

Eclipse, 110, 159.

Ecliptic, 86, 92, 99.

Elasticity, 41.

Elastic bodies, 28, 40.

fluids, 28, 41, 118, 136.

Ellipsis, 75.

Equinox, 100, 107.

precession of, 107.

Equator, 92, 99.

Essential properties, 10.

Exhalations, 13.

Extension, 10, 11.

Eye, 166, 195.

Е.

Fall of bodies, 24, 27, 31.

Figure, 10, 12.

Fluids, 118, 128.

elastic, 28, 41, 118, 136.

equilibrium of, 120, 122, 132.

non-elastic, 119.

pressure of, 121.

Flying, 40.

Focus, 176.

of concave mirrors, 177.

of convex mirrors, 175, 177.

of a lens, 184.

imaginary, 176.

virtual, 176.

Force, 33.

centrifugal, 49, 72, 95, 115.

centripetal, 49, 72.

projectile, 47, 49.

of gravity, 47, 49.

Fountains, 135.

Friction, 68, 69, 135.

Frigid zone, 93.

Fulcrum, 54.

Ж.

General properties of bodies, 10.

Georgium Sidus, 85.

Glass, 183.

burning, 188.

refraction of, 183.

Gold, 119, 126.

Gravity, 18, 23, 78, 97.

З.

Harmony, 155.

Heat, 16, 29, 103.

Hemisphere, 92, 100.

Herschel, 85.

Hydraulics, 118.

Hydrometer, 128.

Hydrostatics, 118.

И.

Image on the retina, 165, 172.

reversed, 167.

in plain mirror, 172.

в вогнутых то же. 175.

в выпуклых то же. 175.

Impenetrability, 10.

Inclined plane, 54, 66.

Inertia, 10, 14, 32.

Inherent properties, 10.

Juno, 84.

Jupiter, 85.

К.

Lake, 133, 135.

Latitude, 94, 112.

Lens, 184.

concave, 184.

convex, 184.

meniscus, 184.

plano-concave, 184.

plano-convex, 184.

Lever, 54, 55.

first kind, 58.

second kind, 60.

third kind, 60.

Light, 157.

pencil of, 158.

of the moon, 162, 163.

absorption of, 188.

reflected, 160.

refraction of, 179.

Liquids, 118.

Longitude, 94, 112.

Luminous bodies, 157.

Lunar month, 108.

eclipse, 110.

Л.

Machine, 54, 66.

Magic lanthorn, 203.

Mars, 84.

Matter, 10, 13.

Mechanics, 32.

Mediums, 157, 180.

Melody, 156.

Mercury, (planet) 83, 85, 114.

Mercury, or quicksilver, 16, 140, 141.

Meridians, 93.

Microscope, 200.

single, 200.

double, 200.

solar, 202, 203.

Minerals, 12.

Minutes, 94.

Momentum, 38, 56.

Monsoons, 149.

Month, lunar, 108.

Moon, 78, 79, 80, 82, 85.

Moonlight, 162, 163.

Motion, 14, 32, 36.

accelerated, 36.

axis of, 48.

centre of, 48, 55.

compound, 46.

curvilinear, 47, 49.

diurnal, 78.

perpetual, 35.

retarded, 35.

reflected, 43.

uniform, 34.

Mirrors, 172.

axis of, 176.

burning, 177.

concave, 174, 176, 209.

convex, 174, 175.

plane or flat, 172.

reflection of, 173.

М.

Neap tides, 116.

Nerves, 166.

auditory, 151, 166.

olfactory, 166.

optic, 164, 166.

Night, 78.

Nodes, 110.

Н.

Octave, 156.

Odour, 13.

Opaque bodies, 157, 158.

Optics, 157.

Orbit, 86.

О.

Pallas, 84.

Parabola, 51.

Parallel lines, 25.

Parallel of latitude, 94.

Pellucid bodies, 157.

Pencil of rays, 158.

Pendulum, 98.

Perihelion, 75.

Perpendicular lines, 25.

Phases, 109.

Piston, 143, 145.

Plane, 92, 93.

Planets, 76, 81, 83.

Poles, 92, 99, 100.

Polar star, 100, 112.

Porosity, 42, 126.

Powers, mechanical, 54.

Projection, 49, 50, 71.

Precession of equinoxes, 107.

Pulley, 54, 63.

Pump, 31.

sucking and lifting, 143.

forcing, 144, 145.

air, 31, 145.

Pupil of the eye, 164.

П.

Rain, 17, 129.

Rainbow, 188.

Rarity, 16.

Ray of light, 158, 179.

reflected, 160, 161.

incident, 161.

Rays, intersecting, 165.

Reaction, 39.

Receiver, 31.

Reflection of light, 160, 163.

angle of, 45, 161, 173.

of mirrors, 173.

of plane mirrors, 174.

вогнутых то же. 174.

выпуклых то же. 174.

Reflected motion, 43.

Refraction, 179, 186.

of the atmosphere, 182.

of glass, 183.

of a lens, 184.

of a prism, 185.

Resistance, 54.

Retina, 165.

image on, 166.

Rivers, 134.

Rivulets, 131.

Р.

Satellites, 80, 111, 113.

Saturn, 85.

Scales, or balance, 55.

Screw, 54, 67.

Shadow, 110, 111.

Siderial time, 106.

Sight, 165.

Signs of the zodiac, 86, 93.

Smoke, 14, 29.

Solar microscope, 202.

Solstice, 100, 102.

Sound, 151.

acute, 155.

musical, 155.

Space, 33.

Specific gravity, 123.

of air, 140.

Spectrum, 190.

Speaking-trumpet, 154.

Sphere, 26.

Springs, 130.

Spring tides, 116.

Square, 81, 85.

Stars, 77, 86, 102.

Storms, 147.

Substance, 10.

Summer, 76, 100.

Sun, 71, 75, 78, 162, 182.

Swimming, 41.

Syphon, 132.

С.

Tangent, 49, 73.

Telescope, 203, 204.

reflecting, 204.

refracting, 204.

Temperate zone, 92, 101.

Thermometer, 142.

Tides, 114, 116.

neap, 116.

spring, 116.

ærial, 150.

Time, 105, 107.

siderial, 107.

equal, 107.

solar, 107.

Tone, 155.

Torrid zone, 93, 147, 182.

Transit, 114.

Transparent bodies, 157.

Treble and bass, 155.

Tropics, 92.

Т.

Valve, 143.

Vapour, 17, 29, 104, 129.

Velocity, 33, 57.

Venus, 84.

Vesta, 84.

Vibration, 98, 152.

Vision, 164, 168.

Vision, angle of, 168, 170.

double, 171.

У.

Undulation, 153.

Unison, 155.

Ф.

Water, 118, 130.

spring, 130.

rain, 130.

level of, 120.

Wedge, 54, 66.

Weight, 23.

Wheel and axle, 54, 65.

Wind, 146.

trade, 147.

periodical, 148.

Winter, 76, 101.

Х.

Year, 107.

siderial, 107.

solar, 107.

Ц.

Zodiac, 86.

Zone, 93.

torrid, 93, 147, 182.

temperate, 93, 101.

frigid, 93, 100.

КОНЕЦ.

TO ALL TEACHERS.

ШКОЛЬНЫЕ УЧЕБНИКИ.

ГЕОГРАФИЯ И АТЛАС СМАЙЛИ, а также СВЯЩЕННАЯ И ДРЕВНЯЯ ГЕОГРАФИЯ ДЛЯ ШКОЛ.

Вышеуказанные труды окажутся полезными и весьма ценными в качестве справочных пособий, а также для школ. Карты, составляющие атласы, по своему исполнению и точности не уступают картам самого крупного масштаба. Автор получил многочисленные рекомендации, среди которых следующие:

Милостивый государь — я ознакомился с Вашим «Легким введением в изучение географии» вместе с Вашим «Улучшенным атласом». У меня нет сомнений в том, что я считаю их трудами, заслуживающими особого внимания. Они делают честь Вашему трудолюбию, исследованиям и таланту, и я убежден, что они будут способствовать успехам учащихся в географической науке.

С искренним уважением, преданный Вам,

УИЛЬЯМ СТОТОН, доктор богословия. Президент Колумбийского колледжа, округ Колумбия.

Мистеру Томасу Смайли. Филадельфия, 1 сентября 1823 г.

Выписка из протокола Филадельфийской академии учителей.

1 ноября 1823 г.

Единогласно постановили: Академия учителей высоко оценивает превосходные достоинства «Легкого введения в изучение географии» мистера Смайли и прилагаемого к нему атласа и сердечно рекомендует их общественности.

Б. МЭЙО, президент.

И. И. ХИТЧКОК, секретарь.

НОВЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ КАЛЬКУЛЯТОР, или ПОМОЩНИК УЧАЩЕГОСЯ.

Содержащий наиболее краткие и точные правила для выполнения операций в обычной арифметике; вместе с многочисленными примерами к каждому из правил, варьирующимися так, чтобы соответствовать почти любому виду деятельности. Для использования в школах и торговых конторах.

Томаса Т. Смайли, учителя: автора «Легкого введения в изучение географии». А также «Священной географии для использования в школах».

Среди многочисленных рекомендаций, полученных на этот труд, есть следующие:

Филадельфия, 8 марта 1825 г. Мистеру Джону Григгу.

Милостивый государь — я изучил с такой тщательностью, какую позволило мое время, «Новый федеральный калькулятор» Томаса Т. Смайли. Мне он представляется арифметическим трактатом значительного достоинства. В работе мистера Смайли есть части, которые весьма ценны; правила, данные им в разделах о бартере, убытках и прибылях, а также обмене, являются важным дополнением к новой системе или трактату по арифметике и делают его книгу лучше любой другой из ныне используемых по данному предмету; и если учесть, что расчеты в работе произведены в федеральной валюте, единственной валюте, известной ныне в Соединенных Штатах, и что к различным правилам следуют соответствующие вопросы, с помощью которых учащийся может упражняться в понимании каждой части по мере продвижения, я без колебаний скажу, что, по моему мнению, она в высшей степени приспособлена для содействия обучению науке, о которой в ней идет речь. Мистер Смайли заслуживает благодарности общественности и поощрения учителей за свою попытку упростить и улучшить метод преподавания арифметики. С уважением, Ваш,

УИЛЬЯМ П. СМИТ, преподаватель математики и натурфилософии, № 152, Южная Десятая улица.

Милостивый государь — я внимательно изучил «Новый федеральный калькулятор, или Помощник учащегося» Томаса Т. Смайли, о котором Вы любезно просили мое мнение; и свободно признаю, что считаю его более приспособленным для использования в школах и торговых конторах Соединенных Штатов, чем любая другая книга по данному предмету, которую я видел. Расположение автором четырех основных правил, на мой взгляд, является разумным и похвальным нововведением, претендующим на достоинство улучшения, поскольку оно объединяет правила, наиболее близкие по своей природе и применению. Его вопросы по правилам, встречающиеся повсюду, кажутся мне превосходно рассчитанными на то, чтобы вызвать усердие учащегося. Но прежде всего, предпочтение, которое он отдал валюте своей собственной страны в своих многочисленных примерах, придало ценность этой небольшой работе, которая, как я полагаю, не выпала на долю ни одной другой книги подобного рода, предложенной до сих пор американской публике.

Я, милостивый государь, с уважением Ваш, ДЖОН МАККЕЙ.

Чарлстон, (Южная Каролина) 29 марта 1825 г.

Из «Юнайтед Стейтс Газетт».

Среди многочисленных публикаций сегодняшнего дня, посвященных совершенствованию молодежи, мы заметили новое издание «Арифметики» Смайли, только что опубликованное Дж. Григгом.

Общее расположение этой книги является улучшением по сравнению с используемыми ныне арифметиками, будучи более систематическим и соответствующим сходству различных правил. Главное преимущество настоящего издания перед первым заключается в исправлении нескольких опечаток, обстоятельство, которое сделает его особенно приемлемым для учителей. Говоря о достоинствах этой небольшой работы, уместно упомянуть, что большая часть ее страниц посвящена федеральному расчету, чем это обычно допускается в начальных учебниках по этой отрасли знаний. Тяжелый налог времени и терпения, который наша молодежь вынуждена платить ошибкам своих предков, выполняя различные операции с фунтами, шиллингами и пенсами, должен быть отменен, и мы рады заметить, что федеральное исчисление становится заметной практикой школьной арифметики.

Рекомендуя книгу мистера Смайли вниманию родителей и учителей, мы полагаем, что привлекаем их внимание к работе, которая действительно окажется «помощником» для них и «руководством» для их интересного подопечного.

Редакторы «Нью-Йорк Телеграф», говоря об «Арифметике» Смайли, отмечают, что они в течение нескольких дней внимательно изучали вышеупомянутую арифметику, и говорят: «Мы без колебаний объявляем ее улучшением по сравнению с каждой работой подобного рода, ранее представленной публике; и как таковую рекомендуем ее принятие во всех наших школах и академиях».

КЛЮЧ к вышеупомянутой арифметике,

в котором все примеры, необходимые для учащегося, подробно разобраны, а также даны решения всех различных правил. Предназначен главным образом для облегчения труда учителей и помощи тем, у кого нет возможности воспользоваться помощью наставника. Т. Т. Смайли, автор «Нового федерального калькулятора» и т. д.

БУКВАРЬ ТОРРИ, или Первая книга для детей.

Я изучил «Увлекательный букварь» мистера Джесси Торри. Я считаю его большим улучшением в первоначальных и не менее важных отраслях образования и введу его в семинариях, находящихся под моим попечением, как превосходящий любой из тех, что уже появились.

АЙРА ХИЛЛ, магистр искусств.

Бунсборо, 2 февраля 1825 г.

Растущий спрос на эту работу является лучшим доказательством ее достоинств.

ПРИЯТНЫЙ СПУТНИК ДЛЯ МАЛЕНЬКИХ ДЕВОЧЕК И МАЛЬЧИКОВ,

сочетающий обучение с развлечением; представляющий собой подборку интересных рассказов, диалогов, басен и поэзии. Предназначен для использования в начальных школах и домашних детских садах. Джесси Торри-младшего.

Чтобы обеспечить сохранение нашей республиканской формы правления для будущих поколений, пусть богословы и философы, государственные деятели и патриоты объединят свои усилия для обновления века, внушая умам людей важность образования их маленьких мальчиков и девочек.

С. Адамс.

Отчет комитета Филадельфийской академии учителей: принят 6 ноября 1824 г.

Комитет, которому был передан «Приятный спутник для маленьких девочек и мальчиков» мистера Джесси Торри, просит разрешения доложить,

Что они ознакомились с «Приятным спутником» и с большим удовольствием высказывают свое мнение, что это сборник, гораздо лучше приспособленный для упражнения и совершенствования маленьких детей в искусстве чтения, и особенно в более редком искусстве понимания того, что они читают, чем книги, находящиеся в общем пользовании.

Все это почтительно представляется.

И. ИРВАЙН ХИТЧКОК, ПАРДОН ДЭВИС, ЧАРЛЬЗ МИД, Комитет.

Верная копия из протокола Академии.

К. Б. ТРЕГО, секретарь.

22 ноября 1824 г.

МОРАЛЬНЫЙ НАСТАВНИК И РУКОВОДСТВО К ДОБРОДЕТЕЛИ, Джесси Торри-младшего.

Среди многочисленных рекомендаций к этой ценной школьной книге есть следующие:—

Выписка из записки достопочтенного Томаса Джефферсона, бывшего президента Соединенных Штатов.

«Благодарю Вас, милостивый государь, за экземпляр Вашего «Морального наставника». Я прочитал первое издание с большим удовлетворением и поощрял его чтение в своей семье».

Выдержки из письма достопочтенного Джеймса Мэдисона, бывшего президента Соединенных Штатов.

«Милостивый государь — я получил Ваше письмо от 15-го числа с экземпляром «Морального наставника».

«Я достаточно заглянул в Ваш небольшой том, чтобы убедиться, что как оригинальные, так и отобранные части содержат информацию и наставления, которые могут быть полезны не только юным, но и большинству других читателей.

«С дружеским уважением, ДЖЕЙМС МЭДИСОН».

Доктору Торри.

От Робертса Вокса, президента контролеров государственных школ в Филадельфии.

«Моральный наставник» — ценный сборник. Он представляется хорошо приспособленным для начальных школ, и мне будет приятно узнать, что уроки, которые он содержит, предоставлены для совершенствования нашей молодежи в целом.

С уважением, РОБЕРТС ВОКС.

Philadelphia, 5th month, 8 1823.

ИСТОРИЯ АНГЛИИ,

от первого вторжения Юлия Цезаря до воцарения Георга Четвертого в тысяча восемьсот двадцатом году: включающая каждое политическое событие, достойное памяти; прогрессивный взгляд на религию, язык и нравы; на людей, выдающихся своей добродетелью или ученостью; своим патриотизмом, красноречием или философскими исследованиями; на введение мануфактур и колониальных учреждений. С вопросительным указателем для использования в школах. Уильяма Гримшоу, автора «Истории Соединенных Штатов» и т. д.

ИСТОРИЯ СОЕДИНЕННЫХ ШТАТОВ,

от их первого поселения в качестве колоний до уступки Флориды в 1821 году: включающая каждое важное политическое событие; с прогрессивным взглядом на аборигенов; население, религию, сельское хозяйство и торговлю; на искусства, науки и литературу; случайные биографии наиболее замечательных колонистов, писателей и философов, воинов и государственных деятелей; и обильный алфавитный указатель. Уильяма Гримшоу, автора «Истории Англии» и т. д.

Также ВОПРОСЫ, адаптированные к вышеупомянутой истории, и КЛЮЧ, адаптированный к вопросам, для использования учителями.

«Университет Джорджии, Афины, 4 июня 1825 г.

«Милостивый государь,

«С благодарным удовольствием я прочитал два небольших тома мистера Гримшоу («История Англии» и «История Соединенных Штатов»), которые Вы некоторое время назад передали мне в руки. После внимательного прочтения их я не испытываю затруднений в том, чтобы высказать свое мнение, что оба они, как по стилю, так и по содержанию, являются трудами необычайного достоинства в своем роде; и превосходно приспособлены для возбуждения в юных умах любви к историческим исследованиям.

«С искренними пожеланиями успеха его литературным трудам,

«Я с большим уважением, Ваш друг, М. УАДДЕЛ, президент.

«Э. ДЖЕКСОНУ, эсквайру».

«Д. Джодон выражает свое почтительное почтение мистеру Гримшоу и очень обязан за его любезное внимание и лестный комплимент в виде его «Истории Соединенных Штатов» с вопросами и ключом.

«Мистер Дж. пользуется этой книгой уже некоторое время; но предвкушает еще большее удовольствие для себя и пользу для своих учеников в будущем от помощи и облегчения, которые вопросы и ключ предоставят при изучении этих интересных страниц.

«10 октября 1822 г.»

Голгофа, округ Принс-Эдвард, Виргиния, 26 сентября 1820 г.

«Милостивый государь,

«История Соединенных Штатов» и т. д. мистера Гримшоу была некоторое время назад передана мне мистером Б——, который попросил меня высказать Вам свое мнение о достоинствах этой работы. История последней войны хорошо проработана Вашим автором: в ней больше деталей и интереса, чем в предыдущей части; и я считаю ее намного превосходящей любую из многих компиляций на эту тему, которыми была облагодетельствована публика. О всей работе можно сказать, что это определенно лучшая хронологическая серия и самое чистое историческое повествование, подходящее для способностей юного ума, которое когда-либо появлялось. Ее расположение разумно; стиль опрятен, всегда ясен и часто элегантен; а принципы здравы.

«Американские сочинения о людях и вещах, связанных с Америкой, давно были нужны для молодежи; и я счастлив обнаружить, что мистер Гримшоу не только взялся восполнить этот пробел, но и американизировать иностранную историю для использования в наших школах. Одним словом, сэр, я так люблю американские изделия и так стремлюсь показать себя скромно причастным к тому, чтобы дать нашей молодежи американское чувство и характер во время учебы в школе, что я без колебаний порекомендую работы мистера Гримшоу своим юным ученикам в качестве введения к более обширному историческому чтению. В конце концов, работа настолько безупречна и ставит такую огромную массу необходимой информации в пределах досягаемости школьников по такой дешевой цене, что я испытываю величайшее удовольствие, рекомендуя ее публике, и желаю Вам обширных продаж.

«С уважением, Ваш, Уильям Бранч-младший.

«Мистеру Бенджамину Уорнеру, Филадельфия».

«История Соединенных Штатов, от их первого поселения в качестве колоний до Гентского мира и т. д. Уильяма Гримшоу, стр. 312, 12-я доля листа.

«Это уже третий раз за два года, когда нам приходится рецензировать том из-под пера мистера Гримшоу. Он пишет с большой быстротой; и совершенствуется по мере продвижения. Это наиболее правильно написанное из всех его произведений. Мы могли бы пожелать, чтобы человек, столь хорошо созданный для близкого и упорного изучения, каким он должен быть, мог найти поощрение посвятить себя интересам литературы».

«Мистер Г. заслуживает нашей благодарности за лучшую краткую и всеобъемлющую историю Соединенных Штатов, которую мы видели».

«Теологический обзор», октябрь 1819 г.

«История Англии, от первого вторжения Юлия Цезаря до Гентского мира и т. д. Для использования в школах. Уильяма Гримшоу. Филадельфия, 1819. Бенджамин Уорнер. 12-я доля листа. стр. 300.

«Мы скопировали так много из названия этой работы, лишь чтобы выразить наше решительное одобрение книги и рекомендовать ее общее внедрение в школах. Это одна из лучших книг подобного рода, которую можно найти, и она поучительна даже для взрослого читателя. Мы были бы рады, если бы учителя причислили ее к своим учебникам; ибо она хорошо приспособлена для того, чтобы дать своим читателям правильные впечатления о постепенном прогрессе науки, религии, правительства и многих других институтов, знание которых полезно в нынешний век. Среди многих поразительных достоинств этой книги — ясность повествования и чистота стиля. Мы с немалым удовольствием узнали, что автор подготовил аналогичную историю Соединенных Штатов; работу, давно необходимую для заполнения прискорбной пропасти в образовании американской молодежи».

«Аналектический журнал», октябрь 1819 г.

"Philadelphia, 28 June, 1819.

«Милостивый государь — я прочитал с удовольствием и пользой Вашу «Историю Англии». Я думаю, что она написана с ясностью, чистотой и беспристрастностью. Хорошо написанная история — лучший политический наставник, и при правительстве, в котором благом страны является то, что народ правит, ее страницы должны постоянно находиться в руках нашей молодежи и лежать открытыми для самого скромного гражданина на наших обширных территориях. Ваша книга в высшей степени приспособлена для распространения этого важного знания и поэтому заслуживает широкого обращения; чего я от всей души желаю. С большим уважением,

«Ваш покорный слуга, Лэнгдон Чивз.

«Уильяму Гримшоу, эсквайру».

УЛУЧШЕННОЕ ИЗДАНИЕ ГРИМШОУ «ИСТОРИИ ГРЕЦИИ» ГОЛДСМИТА.

Среди многочисленных рекомендаций к этой ценной школьной книге есть следующие:—

Хотя существует много бесполезных школьных книг, лишь немногие из них столь же нечисты и неточны, как оригинальные издания «Историй» Голдсмита для использования в школах. Я поздравляю как учителей, так и учеников с появлением издания «Истории Греции» мистера Гримшоу, которое было настолько полностью очищено и иным образом исправлено, что приобрело характер новой работы, превосходно приспособленной для цели, для которой она предназначена.

ТОМАС П. ДЖОНС, профессор механики в Институте Франклина штата Пенсильвания и бывший директор Женской академии Северной Каролины.

Филадельфия, 5 сентября 1826 г.

Мистеру Джону Григгу.

Милостивый государь — согласно Вашей просьбе я внимательно изучил «Историю Греции» Голдсмита, пересмотренную и исправленную, с добавлением словаря имен собственных с просодическими знаками для помощи в их произношении, Уильямом Гримшоу; и я чувствую полную свободу сказать, что исправление многочисленных грамматических и других ошибок мистером Гримшоу, вместе с исключением многих непристойных и нескромных отрывков, неподобающих для чтения молодежью, дает этому изданию, на мой взгляд, решительное предпочтение перед изданиями этой работы, использовавшимися до сих пор.

Вопросы и ключ, также предоставленные мистером Гримшоу для сопровождения этого издания, обеспечивают легкость в передаче знаний, которая будет по достоинству оценена каждым здравомыслящим учителем.

Я, милостивый государь, с уважением Ваш, ТОМАС Т. СМАЙЛИ.

Филадельфия, 8 сентября 1826 г.

Редактор «Юнайтед Стейтс Газетт», говоря об этой работе, пишет: «История Греции» Голдсмита без пересмотра не приспособлена для школ; она изобилует ошибками, нескромными описаниями, неподобающими фразами и является, действительно, доказательством того, как очень плохо может писать хороший автор, если, конечно, нет больших оснований сомневаться, что Голдсмит когда-либо сочинял истории, к которым приложено его имя. Мистер Гримшоу принял легкий описательный стиль этого писателя, сохранил его факты, связал его даты и полностью и красиво адаптировал его работу к школьной парте. Книга вопросов и прилагаемый ключ являются ценными дополнениями к работе и окажутся наиболее полезными для учителя и ученика.

«Из знания книги и некоторого знакомства с потребностями тех, для кого она была специально подготовлена, мы без колебаний рекомендуем «Грецию» Гримшоу как одну из лучших (по нашему мнению, самую лучшую из) работ подобного рода, которые были предложены публике».

«СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ — ОРАТОР», составленный Т. Т. Смайли,

предпочитаемый в целом «Колумбийскому оратору», «Урокам Скотта» и работам подобного рода учителями, которые изучили его.

«ИСТОРИЯ ГРЕЦИИ» ГОЛДСМИТА,

улучшенная Гримшоу, со словарем имен собственных, содержащихся в работе, и просодическими ударениями в соответствии с произношением Лемпьера — с вопросами и ключом, как указано выше.

ЭТИМОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ И ЭКСПОЗИТОР АНГЛИЙСКОГО ЯЗЫКА ГРИМШОУ.

Примечание транскрибатора.

Варианты написания, где нет явно предпочтительного выбора, были сохранены, за исключением случаев, указанных ниже. Несоответствия включают: «bason» и «basin»; производные от «enquire» и «inquire»; «learned» и «learnt»; «sidereal» и «siderial»; «sun-rise» и «sunrise»; «sun-set» и «sunset».

Первоначальное использование запятых было сохранено, за исключением случаев, явно указанных ниже.

Первоначальное написание «pourtray» было сохранено.

Для нумерации таблиц используются как римские, так и арабские цифры; текст оставлен как есть.

Сохранен нестандартный порядок в указателе, где U идет после V.

Удалена лишняя запятая после «which» на странице v: «about which the parts».

Изменено «Sideral» на «Siderial» на странице vi: «Solar, Siderial, and Equal».

Добавлена запятая после «Mrs. B.» на странице 9: «your assistance, my Dear Mrs. B., in a charge».

Изменено «errroneous» на «erroneous» на странице 10: «an erroneous conception».

Добавлена запятая после «Mrs. B.» дважды на странице 23: «Yet surely, Mrs. B., there;» и «But, Mrs. B., if attraction».

Добавлены запятые до и после «Mrs. B.» на странице 25: «Pray, Mrs. B., do».

Изменено «plate 6. fig. 5» на «plate 5. fig. 5» на странице 65 в основном тексте и в соответствующем вопросе, чтобы указать правильный рисунок.

Изменено «pullies» на «pulleys» на странице 64: «a system of pulleys».

Изменено «twelves» на «twelve» на странице 65: «twelve times less».

Изменено «stream» на «steam» на странице 66: «expansive force of steam».

Изменено «Pray Mrs. B,» на «Pray, Mrs. B.,» на странице 68.

Изменено «nonelastic» на «non-elastic» на странице 70: «non-elastic like water».

Удалена лишняя запятая после «one» на странице 73: «one would ultimately have prevailed».

Изменено «eliptical» на «elliptical» на странице 73: «elliptical or oval orbit».

Изменено «eclipse» на «ellipsis» на странице 73: «motion in an ellipsis».

Изменено «elipsis» на «ellipsis» на странице 75: «but an ellipsis».

Изменено «fig. 4 plate 3» в вопросе на странице 75 на «fig. 4. plate 6» для обозначения правильного рисунка.

Изменено «day-light» на «daylight» на странице 77: «see them by daylight».

Изменен второй вопрос под номером 40 на «41» на странице 79.

Изменено «eliptical» на «elliptical» на странице 83: «they were elliptical».

Капитализировано «Mercury» на странице 83: «made upon Mercury».

Добавлен вопросительный знак на странице 84 после «those beautiful lines of Milton».

Удалено повторяющееся слово «it» на странице 88: «provided it were steady».

Изменено «aeriform» на «æriform» на странице 136 (в версиях, поддерживающих полный набор символов Latin-1).

Изменено «atmospherical» на «atmospheric» на странице 139: «the atmospheric air».

Изменено «rarifies» на «rarefies» на странице 140: «heat rarefies air».

Изменено «to day» на «to-day» на странице 157: «our lesson to-day».

Изменено «re-appearance» на «reappearance» на странице 159: «reappearance of the sun».

Изменен вопрос 20 на «29» на странице 174 для поддержания правильной последовательности.

Изменено «proportionably» на «proportionally» на странице 198: «proportionally distinct».

Вставлена запятая после «Circle» на странице 206 в словарной статье для «Circle, Lesser».

Вставлена точка на странице 207 в конце словарной статьи для «Cylinder».

Изменено «musisical» на «musical» на странице 208 в словарной статье для «Harmony».

Изменено «perpendidicular» на «perpendicular» на странице 211: «perpendicular to each other».

Изменено «oppoite» на «opposite» на странице 212: «the opposite direction».

Капитализировано «Aries» на странице 215: «the first degree of Aries».

Изменено «jr.» на «Jr.» в объявлении для «A Pleasing Companion ...»: «By Jesse Torrey, Jr.»

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back