Энциклопедия эрудита. В вопросах и ответах

Физика, химия и техника

Кто и когда открыл вакуум?

Честь открытия вакуума принадлежит итальянскому математику и физику Эванджелисте Торричелли (1608–1647), ученику Галилео Галилея. В 1643 году по поручению Торричелли знаменитый опыт провел итальянский физик Вивиани. Он наполнил ртутью длинную стеклянную трубку, закрытую с одного конца, и опустил ее свободным концом в чашку с ртутью. Обнаружилось, что при достаточной длине трубки уровень ртути в ней понижается, а над поверхностью ртути образуется пустота. Торричелли объяснил это явление тем, что давление атмосферы, действующее на поверхность ртути в чашке, уравновешивается весом столба ртути. Высота этого столба на уровне моря составляет около 760 миллиметров. Если длина трубки больше этого значения, над поверхностью ртути образуется пустота. Чтобы доказать, что пространство над ртутью остается пустым, Торричелли впускал в него воду, которая врывалась в это пространство «со страшным напором» и целиком его заполняла. Таким образом Торричелли отверг господствовавшее до того времени объяснение, согласно которому ртуть заполняет трубку, вода заполняет всасывающий трубопровод насосной установки и т. д., потому что «природа боится пустоты», и доказал существование атмосферного давления. Безвоздушное пространство над свободной поверхностью жидкости в закрытом сверху резервуаре называют торричеллиевой пустотой.

Какие деяния увековечили магдебургского бургомистраОтто фон Герике?

Имя Отто фон Герике (1602–1686), избранного в 1646 году бургомистром немецкого города Магдебурга, давно кануло бы в Лету, если бы не его увлечение физикой. Герике был изобретательным экспериментатором и, узнав в 1650 году об открытии Торричелли, загорелся желанием лично убедиться в возможности образования пустоты. Для этой цели он заполнил винную бочку водой, подсоединил к ней насос и попытался выкачать жидкость. Как только началась откачка, ободы треснули. Опыт с более прочной бочкой закончился тем же. Третий опыт Герике провел уже с медным сосудом. Постепенно выдвигаемый из насоса поршень шел сначала легко, потом все труднее, а затем, по словам самого Герике, «внезапно, ко всеобщему ужасу, шар со страшным шумом разлетелся на мелкие куски, как если бы он был сброшен с высочайшей башни». Результатом этого эксперимента стало не только подтверждение существования вакуума, открытого Торричелли, но и изобретение воздушного насоса. Пристрастие Герике к театральности подвигнуло его на знаменитый опыт с «магдебургскими полушариями», проведенный в 1654 году в Регенсбурге в присутствии императора и князей. После того как эти две металлические полусферы плотно приложили друг к другу и из образовавшегося шара откачали воздух, их не смогли разъединить даже 16 лошадей, тянувших в противоположные стороны. Наглядно продемонстрировав существование давления воздуха, Герике в ряде других опытов установил упругость и весомость воздуха, его способность поддерживать горение, проводить звук, наличие в воздухе паров воды. Герике создал одну из первых электрических машин – вращающийся шар из серы, натираемый руками, и обнаружил явление электрического отталкивания, а также электрическое свечение. Он первым (в 1660 году) построил водяной барометр и использовал его для предсказания погоды.

Какую роль в истории науки сыграл мимолетный интересИсаака Ньютона к астрологии?

В 1663 году 20-летний Исаак Ньютон купил на ярмарке в Сторбридже книгу по астрологии, чтобы «из любопытства посмотреть, что в ней такое». Он листал ее, пока не добрался до иллюстрации, которую не мог понять, поскольку не был знаком с тригонометрией. Ньютон приобрел книгу по тригонометрии, но тут же обнаружил, что не может уразуметь приведенные в ней рассуждения, ибо не знает геометрии. Тогда он отыскал главный труд античного математика Евклида «Начала» и углубился в чтение. Спустя два года Ньютон изобрел дифференциальное исчисление.

Как Хаксли Уиттли, один из великих американских ученых, стал математиком?

Свое образование Хаксли Уиттли начал в Йельском университете (США), где обучался игре на скрипке. После второго курса его послали в Европу для совершенствования мастерства. В Венском университете ему сказали, что в конце года он должен сдать экзамен не только по основному предмету, но и по одному «чужому» (мол, таково правило). Уиттли спросил у товарищей, какая в настоящее время самая модная наука, и ему ответили, что это квантовая механика. Он пришел на лекцию, но ни слова не понял. По ее окончании Уиттли сказал профессору, что с его лекцией не все в порядке, так как он – лучший студент Йельского университета – ничего не понял. Профессор (а это был сам Вольфганг Паули – швейцарский физик, один из создателей квантовой механики и релятивистской квантовой теории поля) ответил, что Уиттли, наверное, прекрасный скрипач, но математический анализ и линейную алгебру знает слабовато, и рекомендовал ему два учебника. Через две недели Уиттли уже начал понимать лекции профессора, а в конце семестра решил, что квантовая механика гораздо интереснее скрипки, и занялся математикой.

Как воздушный змей помог Бенджамену Франклину укрепить независимость США?

В 1752 году американский просветитель, государственный деятель и ученый Бенджамен Франклин (1706–1790) провел знаменитый эксперимент. Во время разыгравшейся грозы он запустил воздушный змей с металлическим проводом (антенной), удерживая его посредством электропроводной шелковой нити. Стоило Франклину приблизить руку к металлическому ключу, который он привязал к шелковой нити, как тут же появлялась яркая искра. Тем самым Франклин продемонстрировал, что грозовые облака накапливают мощный электрический заряд, а молния – это электрическая «искра» между полюсами, одним из которых служит заряженное облако, а другим – земная поверхность. Франклину повезло, что он после своего смелого эксперимента остался в живых: некоторые другие исследователи, пытавшиеся повторить его, погибли на месте от прошившего их тело мощного электрического разряда. Свершение Франклина имело значение не только с точки зрения физики, посредством этого эксперимента американские колонии заявили о себе в масштабе общемировой культуры. Франклин впервые показал всему миру, что не только у европейцев, но и у жителей Нового Света есть научный потенциал, чтобы внести достойный вклад в победу эры разума. Когда четверть века спустя Франклин представлял при дворе французского короля новорожденные Соединенные Штаты Америки и просил о поддержке юного государства, то пользовался заслуженным уважением не только как политик, но и как ученый, сумевший «приручить» молнию. Таким образом, его воздушный змей помог в немалой степени укрепить независимость США.

Кто, по мнению Альберта Эйнштейна, делает великие открытия?

Исходя из собственного богатого опыта, Альберт Эйнштейн утверждал, что великие открытия делают следующим образом: подавляющее большинство людей знают, что это невозможно, а затем находится один человек, который не знает, – вот он-то и делает открытие.

Как оценивалась юридически кража электроэнергии 100 лет назад?

В 1899 году суду в Ганновере (Германия) пришлось решать вопрос: составляет ли противозаконное присвоение электричества воровство или нет? Машинист Генке, состоявший при центральной электрической станции, зарядил тайно от хозяина два небольших аккумулятора и продал их. Суд не признал его виновным, хотя было доказано, что обвиняемый похитил электрическую энергию от чужой установки. В своей мотивировке суд указал, что о краже можно говорить только в том случае, когда дело идет о противозаконном присвоении чужой собственности, движимого предмета, но электричество ни в коем случае нельзя считать движимой вещью, причем даже нельзя сказать, может ли вообще электрический ток быть признан «вещью».

Почему одну из крупнейших национальных академий наук Италии называют «академией рысьеглазых»?

Национальная академия деи Линчеи (Accademia Nazionale dei Lincei), основанная в Италии в 1603 году, провозгласила своей целью изучение и распространение научных знаний в области физики. Название академии буквально означает «академия рысьеглазых». Тем самым ее основатели поклялись познавать природу глазами, зоркими как у рыси (в те времена этому хищнику приписывали такую остроту взгляда, которая позволяет проникать сквозь предметы). Видимо, уникальные способности рыси не ограничивались, по мнению академиков, бесподобной зоркостью, ибо над ее изображением на гербе академии расположен девиз «sagacius ista» – «быстрейшая разумом».

Почему у струнных музыкальных инструментов материал корпуса играет важную роль, а у духовых – нет?

Материал корпуса не очень важен для духовых музыкальных инструментов. В отличие от струнных, у которых при звучании вибрирует корпус, в духовых инструментах звучит столб воздуха, заключенный в трубе, а из чего сделана эта труба – не так уж важно. Это известно уже лет сто, а четверть века назад американский физик Джон Колтман, чтобы лишний раз доказать эту истину, сделал флейту из бетона. Музыковеды, которым завязали глаза, не могли отличить ее звучание от звучания обычной деревянной флейты.

Как велика скорость звука?

Скоростью звука называют скорость распространения звуковых волн в среде. Скорость звука зависит от механических свойств среды, в которой он распространяется. В газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, чем в твердых телах. Скорость звука в газах и парах составляет величину от 150 до 1000 метров в секунду, в жидкостях – от 750 до 2000 метров в секунду, в твердых телах – от 2000 до 6000 метров в секунду. В воздухе при нормальных условиях скорость звука равна приблизительно 330 метрам в секунду, в воде – приблизительно 1500 метрам в секунду.

Как впервые измерили скорость звука в воде?

Скорость звука в воде впервые была экспериментально определена сравнительно недавно – в первой половине ХIХ века. Сделано это было на Женевском озере. Два физика сели в лодки и разъехались километра на три один от другого. С борта одной лодки свешивался под воду колокол, в который нужно было ударить молотком с длинной ручкой. Ручка соединялась с приспособлением для зажигания пороха в маленькой мортире, укрепленной на носу лодки. Одновременно с ударом в колокол вспыхивал порох, и яркая вспышка видна была далеко в округе. Видел вспышку и тот физик, который сидел в другой лодке и слушал звук колокола в трубу, спущенную под воду. По запозданию звука в сравнении с вспышкой определялось, сколько секунд бежал звук по воде от одной лодки до другой.

Почему чем глубже заходишь в воду, тем меньше камешки режут ступни ног?

«Виноват» в этом закон Архимеда, согласно которому на всякое тело, погруженное в жидкость, со стороны этой жидкости действует сила, равная весу вытесненной телом жидкости и направленная вверх. Чем глубже заходишь в воду, тем больший объем ее вытесняется и тем меньше сила, с которой ноги давят на дно, а значит, и на острые камешки на нем.