Физика на каждом шагу - Перельман Яков Исидорович. Страница 23
Старинные опыты с безвоздушным пространством
Наши беседы о свойствах воздуха закончим старинным рассказом о первых опытах с воздушным насосом. Опыты эти производились в конце XVII столетия председателем самоуправления немецкого города Магдебурга физиком Отто Герике. Рассказ о выполненных им интересных опытах поясняется рисунками, взятыми из его книги.
«Мне пришел на мысль следующий опыт:
«Если наполним водою бочку, все щели которой заделаны настолько тщательно, что в нее не может проникать внешний воздух, затем вставим в дно металлическую трубку, через которую можно выпускать воду, то в силу своей тяжести она будет вытекать и оставит в бочке пустое пространство, в котором не может быть и никакого другого вещества.
«Желая проверить на опыте свои соображения, я заказал себе медный насос с поршнем и цилиндром, очень тщательно пригнанными (чтобы воздух не мог проникать внутрь насоса и выходить из него мимо поршня). Далее насос был снабжен двумя кожаными клапанами, из которых внутренний должен был впускать воду, а наружный – содействовать ее выливанию.
Укрепив в дне бочки свой насос, я попытался выкачать воду. Однако при этом обручи и винты, которыми насос прикреплялся к бочке, отрывались, прежде чем поршень успевал втянуть воду.
Рис. 73. Отто Герике, изобретатель воздушного насоса
«Впрочем труд мой не оказался бесполезным. После того как насос прикрепили большими винтами, было наконец достигнуто то, что трое сильных работников, качавших насос, могли добыть воду через отверстие, прикрытое клапаном. Тогда внутри бочки послышался шум, какой бывает при кипении воды; он продолжался до тех пор, пока пространство, оставшееся после удаления воды, не было заполнено воздухом.
Рис. 74. Первый опыт Отто Герике над образованием безвоздушного пространства
«Этот недостаток надо было устранить каким-ни-будь способом; я достиг этого, взяв бочку меньших размеров и поместив ее внутри первой. Пропустив трубу более длинного насоса через дно обеих бочек, я велел наполнить водой меньшую бочку, законопатить ее отверстие и затем, наполнив водой также большую бочку, вновь начал работу. Теперь вода выкачивалась из маленькой бочки и, несомненно, оставляла в ней после себя совершенно пустое пространство.
«Но при наступлении ночи, когда дневной шум прекратился, можно было слышать внутри бочки прерывающийся звук, имевший сходство с птичьим щебетаньем. Это продолжалось почти трое суток.
«Когда же затем отверстие маленькой бочки было открыто, то большая часть ее оказалась наполненной воздухом и водой.
«Все были изумлены тем, что вода могла снаружи попасть в столь прочно законопаченную бочку.
Повторив опыт несколько раз, я пришел к убеждению, что вследствие сильного давления вода проникает в меньшую бочку через дерево; проникает туда и некоторое количество воздуха».
«Когда опыт и рассмотрение дерева убедили меня в его скважности, я счел более целесообразным употребить для своей цели шаровидный медный сосуд, снабженный сверху латунным краном. Приспособив к нижней части этого шара насос, я приступил к выкачиванию воздуха, как прежде выкачивал воду.
Рис. 75. Второй опыт Отто Герике над образованием безвоздушного пространства
«Сначала поршень двигался свободно, но вскоре работать поршнем становилось все труднее и труднее, так что двое сильных работников едва в состоянии были выдвигать его. В то время как они еще продолжали работать и полагали, что весь воздух выкачан, металлический сосуд внезапно, к общему испугу, был сплющен с сильным треском, как если бы сосуд был брошен с самой высокой башни. Этот случай я объяснил тем, что, может быть, по небрежности мастера сосуду не была придана достаточно шаровидная форма. Пришлось приготовить сосуд правильной шаровидной формы; из него воздух вначале выкачивался легко, а под конец с большим усилием.
«Таким образом при повторении опыта получено было пустое пространство.
«После того как кран сосуда был открыт, воздух стал наполнять медный шар с такою силою, что, казалось, способен был увлечь за собой стоявших тут людей. Если к шару приближали лицо, то захватывало дыхание; даже руку нельзя было держать близко от крана, – ее могло втянуть».
«Я заказал два медных полушария диаметром в три четверти магдебургских локтя (т. е. около 40 см). К одному полушарию был приделан кран; с помощью его можно было удалить воздух изнутри и препятствовать проникновению воздуха снаружи. Кроме того к полушариям прикреплены были 4 кольца, через которые продевались канаты, привязанные к упряжи лошадей. Я велел также сшить кожаное кольцо и напитать его смесью воска со скипидаром; зажатое между полушариями, оно не пропускало в них воздух. В кран вставлена была трубка воздушного насоса, и был удален воздух внутри шара. Тогда обнаружилось, с какою силою оба полушария придавливались друг к другу через кожаное кольцо. Давление наружного воздуха стискивало их так крепко, что 16 лошадей не могли их разнять вовсе или достигали этого лишь с трудом. Когда же полушария, уступая всей силе лошадей, разъединялись, то раздавался звук, как от ружейного выстрела.
«Но стоило поворотом крана открыть свободный доступ воздуху, и оба полушария нетрудно было разнять руками.
«На основании этого опыта я рассчитал, что если оба приложенных полушария подвесить и к нижнему подвязать груз в 2 686 фунтов, то оно будет этим весом оторвано от верхнего полушария. Вес этот зависит однако несколько и от состояния воздуха, так как давление воздуха бывает порою сильнее, порою слабее. В этом грузе для данного основания цилиндра как бы воплощен вес неба (т. е. воздушного столба до границ атмосферы). Кто желает узнать вес всего воздуха на Земле, тот должен сначала определить поверхность Земли в квадратных милях; затем, переведя в квадратные локти, можно уж найти искомый вес».
«Сейчас упомянутые полушария, ударяясь о землю при их разъединении, когда лошади выпрягались, повредились и утратили свою шаровидную форму. Я заказал поэтому два полушария больших размеров, диаметром в целый локоть (55 см). Величина их была выбрана такой, чтобы в пустом состоянии их не могли разъединить 24 лошади. Воздушный цилиндр с таким основанием должен весить 5 400 фунтов. В предыдущем опыте разъединение грузов в 2 686 фунтов потребовало силы 16 лошадей. Какая сила нужна, чтобы преодолеть груз в 5 400 фунтов? Расчет показывает, что нужны 34 лошади. А так как впрягалось только 24 лошади, то можно было с уверенностью предвидеть, что полушария не будут разняты. Они и остались соединенными, и воздух внутрь не проник. Но, открыв кран, можно было впустить воздух, и тогда полушария сами распались.
Рис. 76. Опыт Герике с медными полушариями
«Мы можем, следовательно, действительно сказать, что разъединение полушарий, недостижимое силою 24 лошадей (а при еще больших полушариях даже силою 100 лошадей), может выполнить всего лишь один человек простым дуновением».