Страница:
Машина скользнула немного в сторону и сбросила свою железную жатву на землю. Еще два раза возвращалась она и словно скосила все находящееся на поле оружие. Не нашлось ни одной руки, которая оказалась бы в силах удержать саблю или копье.
Машина эта была новым изобретением марсиан: она с неодолимою силою притягивала к себе все сделанное из железа и стали. С помощью этого витающего в воздухе магнита марсиане вырывали из рук своих противников оружие, не причиняя им никакого вреда.
Воздушный магнит пронесся далее и приблизился к пехоте. Тщетно солдаты старались обеими руками удержать свои ружья, — непреодолимая сила вырывала их из рук; многие, все-таки не выпускавшие их, были сами увлечены на воздух. В несколько минут первый полк был обезоружен. Машина понеслась вдогонку за марширующими в городе полками, готовя для них ту же участь.
Подобная же судьба постигла и артиллерию».
Это вполне возможно, и фантастическое изобретение марсиан могло бы быть обезврежено, если бы заранее были приняты надлежащие меры.
Как ни странно, веществом, непроницаемым для магнитных сил, является то же самое железо, которое так легко намагничивается! Внутри кольца из железа стрелка компаса не отклоняется магнитом, помещенным вне кольца.
Железным футляром можно защитить от действия магнитных сил стальной механизм карманных часов. Если бы вы положили золотые часы на полюсы сильного подковообразного магнита, то все стальные части механизма, прежде всего тонкая волосяная пружинка при балансире[56], намагнитились бы и часы перестали бы ходить правильно. Удалив магнит, вы не вернете часов к прежнему состоянию, стальные части механизма останутся намагниченными, и часы потребуют самой радикальной починки, замены многих частей механизма новыми. Поэтому с золотыми часами не следует делать подобного опыта, — он обойдется чересчур дорого.
Рисунок 98. Что предохраняет стальной механизм часов от намагничивания?
Напротив, с часами, механизм которых плотно закрыт железными или стальными крышками, вы можете смело произвести этот опыт, — магнитные силы через железо и сталь не проникают. Поднесите такие часы к обмоткам сильнейшей динамо, — верность хода не пострадает ни в малейшей степени. Для электротехников такие дешевые железные часы являются идеальными, тогда как золотые или серебряные скоро приходят в негодность от воздействия магнитов.
Сильный магнит А помещается на колонке(рис. 99). К ней прислонены два наклонных желоба М и N, один под другим, причем верхний М имеет небольшое отверстие С в верхней части, а нижний N изогнут. Если, — рассуждал изобретатель, — на верхний желоб положить небольшой железный шарик В, то вследствие притяжения магнитом А шарик покатится вверх; однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний желоб N, покатится по нему вниз, взбежит по закруглению D этого желоба и попадет на верхний желоб М; отсюда, притягиваемый магнитом, он снова покатится вверх, снова провалится через отверстие, вновь покатится вниз и опять очутится на верхнем желобе, чтобы начать движение сначала. Таким образом, шарик безостановочно будет бегать взад и вперед, осуществляя «вечное движение».
В чем абсурдность этого изобретения? Указать ее не трудно. Почему изобретатель думал, что шарик, скатившись по желобу N до его нижнего конца, будет еще обладать скоростью, достаточной для поднятия его вверх по закруглению D? Так было бы, если бы шарик катился под действием одной лишь силы тяжести: тогда он катился бы ускоренно. Но наш шарик находится под действием двух сил: тяжести и магнитного притяжения. Последнее по предположению настолько значительно, что может заставить шарик подняться от положения В до С. Поэтому по желобу N шарик будет скатываться не ускоренно, а замедленно, и если даже достигнет нижнего конца, то во всяком случае не накопит скорости, необходимой для поднятия по закруглению D.
Рисунок 99. Мнимый вечный двигатель.
Описанный проект много раз вновь всплывал впоследствии во всевозможных видоизменениях. Один из подобных проектов был даже, как ни странно, патентован в Германии в 1878 г., т. е. тридцать лет спустя после провозглашения закона сохранения энергии! Изобретатель так замаскировал нелепую основную идею своего «вечного магнитного двигателя», что ввел в заблуждение техническую комиссию, выдающую патенты. И хотя, согласно уставу, патенты на изобретения, идея которых противоречит законам природы, не должны выдаваться, изобретение на этот раз было формально запатентовано. Вероятно, счастливый обладатель этого единственного в своем роде патента скоро разочаровался в своем детище, так как уже через два года перестал вносить пошлину, и курьезный патент потерял законную силу; «изобретение» стало всеобщим достоянием. Однако оно никому не нужно.
Как разъединить такие листы?
При Академии наук СССР имеется лаборатория реставрации (восстановления) документов, которой и приходится разрешать подобные задачи. В указанном сейчас случае лаборатория справляется с задачей, прибегнув к услугам электричества: свиток электризуется; соседние его части, получающие одноименный заряд, отталкиваются друг от друга — и аккуратно, без повреждения разделяются. Такой оттопыренный свиток уже сравнительно не трудно умелыми руками развернуть и наклеить на плотную бумагу.
Идея эта представляется изобретателям чрезвычайно заманчивой; однако те, кто пытался ее осуществить на практике, с удивлением убеждались, что ни одна из двух машин при таких условиях не работает. Ничего иного от этого проекта и ожидать не следовало. Даже если бы каждая из соединенных машин обладала стопроцентным коэффициентом полезного действия, мы могли бы заставить их указанным образом безостановочно двигаться только при полном отсутствии трения. Соединение названных машин (их «агрегат», выражаясь языком инженеров) представляет собою в сущности одну машину, которая должна сама себя приводить в движение. При отсутствии трения агрегат, как и любой шкив, двигался бы вечно, но пользы от такого движения нельзя было бы извлечь никакой: стоило бы заставить «двигатель» совершать внешнюю работу, и он немедленно остановился бы. Перед нами было бы «вечное движение», но не вечный двигатель. При наличии же трения агрегат не двигался бы вовсе.
Странно, что людям, которых увлекает эта идея, не приходит в голову более простое осуществление той же мысли: соединить ремнем два каких-нибудь шкива и завертеть один из них. Руководясь той же логикой, как и в случае предыдущего сочетания машин, мы должны ожидать, что первый шкив приведет во вращение второй, а от второго будет вертеться первый. Можно обойтись и одним шкивом: завертим его — правая часть станет увлекать во вращение левую, левая же при движении будет поддерживать вращение правой. В последних двух случаях нелепость слишком очевидна, и потому подобные проекты никого не вдохновляют. Но, по существу, все три описанных «вечных двигателя» исходят из одного и того же заблуждения.
Но для практической жизни это не так. Многие, вероятно, были бы вполне удовлетворены, если бы получили в свое распоряжение не совсем вечный двигатель, а «почти вечный», способный двигаться хотя бы, например, тысячу лет. Жизнь человека коротка, и тысячелетие для нас то же, что вечность. Люди практической складки, наверное, сочли бы, что проблема вечного двигателя решена и что больше не над чем ломать голову.
Таких людей можно обрадовать сообщением, что 1000-летний двигатель уже изобретен; каждый может при известной затрате средств иметь у себя подобие такого вечного двигателя. Патент на это изобретение никем не взят, и секрета он не представляет. Устройство прибора, придуманного проф. Стреттом в 1903 году и обычно называемого «радиевыми часами», весьма несложно (см. рис. 100).
Рисунок 100. Радиевые часы с «почти вечным» заводом на 1600 лет.
Внутри стеклянной банки, из которой выкачан воздух, подвешена на кварцевой нити В (не проводящей электричества) небольшая стеклянная трубочка А, заключающая в себе несколько тысячных долей грамма радиевой соли. К концу трубочки подвешены, как в электроскопе, два золотых листочка. Радий, как известно, испускает лучи трех родов: лучи альфа, бета и гамма. В данном случае основную роль играют легко проходящие через стекло бета-лучи, которые состоят из потока отрицательно заряженных частиц (электронов). Разбрасываемые радием во все стороны частицы уносят с собой отрицательный заряд, а потому сама трубка с радием постепенно заряжается положительно. Этот положительный заряд переходит на золотые листочки и заставляет их раздвигаться.
Раздвинувшись, листочки прикасаются к стенкам банки, теряют здесь свой заряд (в соответствующих местах стенок приклеены полоски фольги, по которым электричество уходит) и вновь смыкаются. Вскоре накопляется новый заряд, листочки вновь расходятся, опять отдают заряд стенкам и смыкаются, чтобы вновь наэлектризоваться. Каждые две-три минуты совершается одно колебание золотых листочков, с регулярностью часового маятника, — отсюда и название «радиевые часы». Так продлится целые годы, десятилетия, столетия, пока будет продолжаться испускание радием его лучей.
Читатель видит, конечно, что перед ним отнюдь не «вечный», а только даровой двигатель.
Долго ли радий испускает свои лучи? Установлено, что уже через 1600 лет способность радия испускать лучи ослабнет вдвое. Поэтому радиевые часы будут идти безостановочно не менее тысячи лет, постепенно уменьшая лишь частоту своих колебаний, вследствие ослабления электрического заряда. Если бы в эпоху начала Руси устроены были такие радиевые часы, они действовали бы еще в наше время!
Можно ли использовать этот даровой двигатель для каких-нибудь практических целей? К сожалению, нет. Мощность этого двигателя, т. е. количество работы, совершаемой им в секунду, так ничтожна, что никакой механизм не может приводиться им в действие. Чтобы достичь сколько-нибудь осязательных результатов, необходимо располагать гораздо большим запасом радия. Если вспомним, что радий — чрезвычайно редкий и дорогой элемент, то согласимся, что даровой двигатель подобного рода оказался бы чересчур разорительным.
Чем же объяснить то, что птицы спокойно и совершенно безнаказанно усаживаются на провода? Подобные картинки можно часто наблюдать в городах (рис. 101).
Чтобы понять причину подобных противоречий, примем во внимание следующее: тело сидящей на проводе птицы представляет собой как бы ответвление цепи, сопротивление которого по сравнению с другой ветвью (короткого участка между ногами птицы) огромно. Поэтому сила тока в этой ветви (в теле птицы) ничтожна и безвредна. Но если бы птица, сидя на проводе, коснулась столба крылом, хвостом или клювом — вообще каким-нибудь образом соединилась с землей, — она была бы мгновенно убита током, который устремился бы через ее тело в землю. Это нередко и наблюдается.
Птицы имеют повадку, усевшись на кронштейн высоковольтной передачи, чистить клюв о токонесущий провод. Так как кронштейн не изолирован от земли, то прикосновение заземленной птицы к проводу, находящемуся под током, неизбежно кончается гибелью, Насколько подобные случаи многочисленны, видно хотя бы из того, что, например, в Германии в свое время принимали особые меры, чтобы оградить птиц от гибели. С этой целью на кронштейнах линий высоковольтной передачи устанавливали изолированные насесты, на которых птица могла бы не только сидеть, но и безнаказанно чистить о провод свой клюв (рис. 102). В других случаях опасные места делают с помощью особых приспособлений недоступными для прикосновения птиц.
Рисунок 101. Птицы безнаказанно садятся на электрические провода. Почему?
Рисунок 102. Изолированный насест для птиц на кронштейне высоковольтной передачи.
При том широком развитии, которое получает в СССР растущая сеть высоковольтных передач, нам следует в интересах лесоводства и земледелия позаботиться об ограждении пернатого населения от истребления электрическим током.
Причина кажущейся неподвижности заключается в ничтожной продолжительности молнии. Молния, как и всякая электрическая искра, длится чрезвычайно малый промежуток времени — настолько малый, что его даже нельзя измерить обычными средствами. При помощи косвенных приемов удалось, однако, установить, что молния длится иногда лишь тысячные доли секунды[57]. За столь короткие промежутки времени мало что успевает переместиться заметным для глаза образом. Неудивительно поэтому, что улица, полная разнообразных движений, представляется при свете молнии совершенно неподвижной: ведь мы замечаем на ней только то, что длится тысячные доли секунды! Каждая спица в колесах быстро движущегося экипажа успевает переместиться лишь на ничтожную долю миллиметра; для глаза это все равно, что полная неподвижность.
Вот расчет. Потенциал грозового разряда равен примерно 50 миллионам вольт. Максимальная сила тока оценивается при этом в 200 тысяч ампер (ее определяют, заметим кстати, по степени намагничивания стального стержня тем током, который пробегает в его обмотке при ударе молнии в громоотвод). Мощность в ваттах получим перемножением числа вольт на число ампер; при этом, однако, надо учесть то, что, пока длится разряд, потенциал падает до нуля; поэтому при вычислении мощности разряда надо взять средний потенциал, иначе говоря — половину начального напряжения. Имеем:
мощность разряда = (50 000 000 * 200 000) / 2,
т. о. 5 000 000 000 000 ватт, или 5 миллиардов киловатт.
Получив столь внушительный ряд нулей, естественно ожидаешь, что и денежная стоимость молнии выражается огромной цифрой. Однако, чтобы получить энергию в киловатт-часах (ту, которая фигурирует в счетах за электрическое освещение), необходимо учесть время. Отдача столь значительной мощности длится около тысячной доли секунды. За это время израсходуется 5 000 000/ (3600 * 1000) ~ 1400 киловатт-часов. Один киловатт-час по тарифу обходится потребителю электрического тока в 4 копейки. Отсюда нетрудно вычислить денежную стоимость молнии;
1400 * 4 = 5600 коп. = 56 рублей.
Результат поразительный: молния, энергия которой раз в сто больше энергии выстрела тяжелого артиллерийского орудия, должна была бы стоить, по тарифу электростанции, всего лишь 56 рублей!
Интересно, насколько современная электротехника приблизилась к возможности воспроизвести молнию. В лабораториях достигнуто напряжение до 10 миллионов вольт и получена искра длиною в 15 м. Дистанция не чрезмерно значительная…
Пустив такой фонтан высотой в полметра и направив струю вертикально вверх, приблизьте к нему натертую сукном палочку сургуча или эбонитовый гребень. Вы тотчас увидите довольно неожиданную вещь: отдельные струйки ниспадающей части фонтана сольются в одну сплошную струю, которая с заметным шумом ударяет о дно подставленной тарелки. Звук напоминает характерный шум грозового ливня. «Не подлежит сомнению, — замечает по этому поводу физик Бойс, — что именно по этой причине капли дождя во время грозы отличаются такой величиной». Удалите сургуч, — и фонтан тотчас же снова распылится, а характерный стук сменится мягким шумом раздробленной струи.
Перед непосвященными вы можете действовать палочкой сургуча, как фокусник «волшебным» жезлом.
Объяснение столь неожиданного действия электрического заряда на фонтан основано на том, что капли электризуются через влияние, причем обращенные к сургучу части капель электризуются положительно, противоположные — отрицательно; таким образом, разноименно наэлектризованные части капель оказываются в близком соседстве и, притягиваясь, заставляют капли сливаться.
Действие электричества на водяную струю вы можете обнаружить и проще; достаточно приблизить проведенный по волосам эбонитовый гребень к тонкой струе воды, вытекающей из водопроводного крана: струя становится сплошной и заметно искривляется по направлению к гребню, резко отклонившись в сторону (рис.104). Объяснение этого явления сложнее, чем предыдущего; оно связано с изменением поверхностного натяжения под действием электрического заряда.
Рисунок 103. Грозовой ливень в миниатюре.
Рисунок 104. Водяная струя отклоняется при приближении наэлектризованного гребня.
Заметим между прочим, что легкостью, с какой образуется электрический заряд при трении, объясняется и электризация передаточных ремней, трущихся о шкивы. Выделяющиеся электрические искры представляют в некоторых производствах серьезную опасность в пожарном отношении. Чтобы этого избежать, серебрят передаточные ремни: тонкий слой серебра делает ремень проводником электричества, и накопление заряда становится невозможным.
Глава девятая
Как получаются эти фотографии? Конечно, с помощью зеркал (рис. 106). Фотографируемый садится спиной к аппарату А и лицом к двум отвесным плоским зеркалам С, сходящимся под углом в одну 5-ю долю от 360°, т. е. в 72°. Такая пара зеркал должна давать четыре изображения, повернутые различным образом по отношению к аппарату. Эти изображения плюс натуральный объект и фотографируются аппаратом, причем сами зеркала (не имеющие рам) на снимке, конечно, не получаются. Чтобы в зеркалах не отразился фотографический аппарат, его заслоняют двумя экранами (ВВ) с небольшой щелью для объектива.
Рисунок 105. Пятикратная фотография одного и того же лица.
Рисунок 106. Способ получения пятикратных фотографий. Снимаемый помещается между зеркалами СС.
Число изображений зависит от угла между зеркалами: чем он меньше, тем число получающихся изображений больше. При угле 360°/4 = 90° мы получили бы четыре изображения, при угле 360°/6 = 60° — шесть изображений, при 360°/8 = 45° — восемь, и т. д. Однако при большом числе отражений изображения тусклы и слабы; поэтому обычно ограничиваются пятикратными снимками.
Такую работу могла бы произвести лучистая энергия Солнца при самых благоприятных условиях — при перпендикулярном падении и стопроцентном превращении. Однако до сих пор осуществляющиеся попытки прямого использования Солнца как двигательной силы далеки были от таких идеальных условий: их полезное действие не превышало 5 — 6%. Из осуществленных установок наибольший коэффициент полезного действия дает солнечный двигатель известного физика Аббота: 15%.
Легче воспользоваться лучистой энергией Солнца не для получения механической работы, а для нагревания. Большое внимание уделяется этому вопросу в СССР. Существует специальный Всесоюзный гелиоинститут (в Самарканде), ведущий обширную исследовательскую работу. В Ташкенте работает солнечная баня, пропускающая 70 человек в сутки. В том же Ташкенте оборудована гелиоустановка на крыше одного из домов. Здесь установлены 20 солнечных котлов, которые рассчитаны на 200 ведер воды и целиком обеспечивают ею весь дом. По заявлению гелиотехников, солнце будет бесперебойно согревать котлы 7 — 8 месяцев в году. Остальные 4 — 6 месяцев котлы смогут нагревать воду только в ясные дни. Средний к. п. д. водонагревателей сравнительно высок — он составляет 47% (максимальный достигает 61%).
Машина эта была новым изобретением марсиан: она с неодолимою силою притягивала к себе все сделанное из железа и стали. С помощью этого витающего в воздухе магнита марсиане вырывали из рук своих противников оружие, не причиняя им никакого вреда.
Воздушный магнит пронесся далее и приблизился к пехоте. Тщетно солдаты старались обеими руками удержать свои ружья, — непреодолимая сила вырывала их из рук; многие, все-таки не выпускавшие их, были сами увлечены на воздух. В несколько минут первый полк был обезоружен. Машина понеслась вдогонку за марширующими в городе полками, готовя для них ту же участь.
Подобная же судьба постигла и артиллерию».
Часы и магнетизм
При чтении предыдущего отрывка естественно возникает вопрос: нельзя ли защититься от действия магнитных сил, укрыться от них за какой-нибудь непроницаемой для них преградой?Это вполне возможно, и фантастическое изобретение марсиан могло бы быть обезврежено, если бы заранее были приняты надлежащие меры.
Как ни странно, веществом, непроницаемым для магнитных сил, является то же самое железо, которое так легко намагничивается! Внутри кольца из железа стрелка компаса не отклоняется магнитом, помещенным вне кольца.
Железным футляром можно защитить от действия магнитных сил стальной механизм карманных часов. Если бы вы положили золотые часы на полюсы сильного подковообразного магнита, то все стальные части механизма, прежде всего тонкая волосяная пружинка при балансире[56], намагнитились бы и часы перестали бы ходить правильно. Удалив магнит, вы не вернете часов к прежнему состоянию, стальные части механизма останутся намагниченными, и часы потребуют самой радикальной починки, замены многих частей механизма новыми. Поэтому с золотыми часами не следует делать подобного опыта, — он обойдется чересчур дорого.
Напротив, с часами, механизм которых плотно закрыт железными или стальными крышками, вы можете смело произвести этот опыт, — магнитные силы через железо и сталь не проникают. Поднесите такие часы к обмоткам сильнейшей динамо, — верность хода не пострадает ни в малейшей степени. Для электротехников такие дешевые железные часы являются идеальными, тогда как золотые или серебряные скоро приходят в негодность от воздействия магнитов.
Магнитный «вечный» двигатель
В истории попыток изобрести «вечный» двигатель магнит сыграл не последнюю роль. Неудачники-изобретатели на разные лады старались использовать магнит, чтобы устроить механизм, который вечно двигался бы сам собой. Вот один из проектов подобного «механизма» (описанный в XVII веке англичанином Джоном Вилькенсом, епископом в Честере).Сильный магнит А помещается на колонке(рис. 99). К ней прислонены два наклонных желоба М и N, один под другим, причем верхний М имеет небольшое отверстие С в верхней части, а нижний N изогнут. Если, — рассуждал изобретатель, — на верхний желоб положить небольшой железный шарик В, то вследствие притяжения магнитом А шарик покатится вверх; однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний желоб N, покатится по нему вниз, взбежит по закруглению D этого желоба и попадет на верхний желоб М; отсюда, притягиваемый магнитом, он снова покатится вверх, снова провалится через отверстие, вновь покатится вниз и опять очутится на верхнем желобе, чтобы начать движение сначала. Таким образом, шарик безостановочно будет бегать взад и вперед, осуществляя «вечное движение».
В чем абсурдность этого изобретения? Указать ее не трудно. Почему изобретатель думал, что шарик, скатившись по желобу N до его нижнего конца, будет еще обладать скоростью, достаточной для поднятия его вверх по закруглению D? Так было бы, если бы шарик катился под действием одной лишь силы тяжести: тогда он катился бы ускоренно. Но наш шарик находится под действием двух сил: тяжести и магнитного притяжения. Последнее по предположению настолько значительно, что может заставить шарик подняться от положения В до С. Поэтому по желобу N шарик будет скатываться не ускоренно, а замедленно, и если даже достигнет нижнего конца, то во всяком случае не накопит скорости, необходимой для поднятия по закруглению D.
Описанный проект много раз вновь всплывал впоследствии во всевозможных видоизменениях. Один из подобных проектов был даже, как ни странно, патентован в Германии в 1878 г., т. е. тридцать лет спустя после провозглашения закона сохранения энергии! Изобретатель так замаскировал нелепую основную идею своего «вечного магнитного двигателя», что ввел в заблуждение техническую комиссию, выдающую патенты. И хотя, согласно уставу, патенты на изобретения, идея которых противоречит законам природы, не должны выдаваться, изобретение на этот раз было формально запатентовано. Вероятно, счастливый обладатель этого единственного в своем роде патента скоро разочаровался в своем детище, так как уже через два года перестал вносить пошлину, и курьезный патент потерял законную силу; «изобретение» стало всеобщим достоянием. Однако оно никому не нужно.
Музейная задача
В практике музейного дела нередко возникает надобность читать древние свитки, настолько ветхие, что они ломаются и рвутся при самой осторожной попытке отделить один слой рукописи от соседнего.Как разъединить такие листы?
При Академии наук СССР имеется лаборатория реставрации (восстановления) документов, которой и приходится разрешать подобные задачи. В указанном сейчас случае лаборатория справляется с задачей, прибегнув к услугам электричества: свиток электризуется; соседние его части, получающие одноименный заряд, отталкиваются друг от друга — и аккуратно, без повреждения разделяются. Такой оттопыренный свиток уже сравнительно не трудно умелыми руками развернуть и наклеить на плотную бумагу.
Еще воображаемый вечный двигатель
Большую популярность среди искателей вечного двигателя получила в последнее время идея соединения динамомашины с электромотором. Ежегодно ко мне поступает чуть не полдюжины подобных проектов. Все они сводятся к следующему. Надо шкивы электромотора и динамомашины соединить приводным ремнем, а провода от динамо подвести к мотору. Если динамомашине дать первоначальный импульс, то порождаемый ею ток, поступая в мотор, приведет его в движение; энергия же движения мотора будет передаваться ремнем шкиву динамомашины и приведет ее в движение. Таким образом, — полагают изобретатели, — машины станут двигать одна другую, и движение это никогда не прекратится, пока обе машины не износятся.Идея эта представляется изобретателям чрезвычайно заманчивой; однако те, кто пытался ее осуществить на практике, с удивлением убеждались, что ни одна из двух машин при таких условиях не работает. Ничего иного от этого проекта и ожидать не следовало. Даже если бы каждая из соединенных машин обладала стопроцентным коэффициентом полезного действия, мы могли бы заставить их указанным образом безостановочно двигаться только при полном отсутствии трения. Соединение названных машин (их «агрегат», выражаясь языком инженеров) представляет собою в сущности одну машину, которая должна сама себя приводить в движение. При отсутствии трения агрегат, как и любой шкив, двигался бы вечно, но пользы от такого движения нельзя было бы извлечь никакой: стоило бы заставить «двигатель» совершать внешнюю работу, и он немедленно остановился бы. Перед нами было бы «вечное движение», но не вечный двигатель. При наличии же трения агрегат не двигался бы вовсе.
Странно, что людям, которых увлекает эта идея, не приходит в голову более простое осуществление той же мысли: соединить ремнем два каких-нибудь шкива и завертеть один из них. Руководясь той же логикой, как и в случае предыдущего сочетания машин, мы должны ожидать, что первый шкив приведет во вращение второй, а от второго будет вертеться первый. Можно обойтись и одним шкивом: завертим его — правая часть станет увлекать во вращение левую, левая же при движении будет поддерживать вращение правой. В последних двух случаях нелепость слишком очевидна, и потому подобные проекты никого не вдохновляют. Но, по существу, все три описанных «вечных двигателя» исходят из одного и того же заблуждения.
Почти вечный двигатель
Для математика выражение «почти вечный» не представляет ничего заманчивого. Движение может быть либо вечным, либо невечным; «почти вечное» значит, в сущности, невечное.Но для практической жизни это не так. Многие, вероятно, были бы вполне удовлетворены, если бы получили в свое распоряжение не совсем вечный двигатель, а «почти вечный», способный двигаться хотя бы, например, тысячу лет. Жизнь человека коротка, и тысячелетие для нас то же, что вечность. Люди практической складки, наверное, сочли бы, что проблема вечного двигателя решена и что больше не над чем ломать голову.
Таких людей можно обрадовать сообщением, что 1000-летний двигатель уже изобретен; каждый может при известной затрате средств иметь у себя подобие такого вечного двигателя. Патент на это изобретение никем не взят, и секрета он не представляет. Устройство прибора, придуманного проф. Стреттом в 1903 году и обычно называемого «радиевыми часами», весьма несложно (см. рис. 100).
Внутри стеклянной банки, из которой выкачан воздух, подвешена на кварцевой нити В (не проводящей электричества) небольшая стеклянная трубочка А, заключающая в себе несколько тысячных долей грамма радиевой соли. К концу трубочки подвешены, как в электроскопе, два золотых листочка. Радий, как известно, испускает лучи трех родов: лучи альфа, бета и гамма. В данном случае основную роль играют легко проходящие через стекло бета-лучи, которые состоят из потока отрицательно заряженных частиц (электронов). Разбрасываемые радием во все стороны частицы уносят с собой отрицательный заряд, а потому сама трубка с радием постепенно заряжается положительно. Этот положительный заряд переходит на золотые листочки и заставляет их раздвигаться.
Раздвинувшись, листочки прикасаются к стенкам банки, теряют здесь свой заряд (в соответствующих местах стенок приклеены полоски фольги, по которым электричество уходит) и вновь смыкаются. Вскоре накопляется новый заряд, листочки вновь расходятся, опять отдают заряд стенкам и смыкаются, чтобы вновь наэлектризоваться. Каждые две-три минуты совершается одно колебание золотых листочков, с регулярностью часового маятника, — отсюда и название «радиевые часы». Так продлится целые годы, десятилетия, столетия, пока будет продолжаться испускание радием его лучей.
Читатель видит, конечно, что перед ним отнюдь не «вечный», а только даровой двигатель.
Долго ли радий испускает свои лучи? Установлено, что уже через 1600 лет способность радия испускать лучи ослабнет вдвое. Поэтому радиевые часы будут идти безостановочно не менее тысячи лет, постепенно уменьшая лишь частоту своих колебаний, вследствие ослабления электрического заряда. Если бы в эпоху начала Руси устроены были такие радиевые часы, они действовали бы еще в наше время!
Можно ли использовать этот даровой двигатель для каких-нибудь практических целей? К сожалению, нет. Мощность этого двигателя, т. е. количество работы, совершаемой им в секунду, так ничтожна, что никакой механизм не может приводиться им в действие. Чтобы достичь сколько-нибудь осязательных результатов, необходимо располагать гораздо большим запасом радия. Если вспомним, что радий — чрезвычайно редкий и дорогой элемент, то согласимся, что даровой двигатель подобного рода оказался бы чересчур разорительным.
Птицы на проводах
Все знают, как опасно для человека прикосновение к электрическим проводам трамвая или высоковольтной сети, когда они под напряжением. Такое прикосновение смертельно для человека и для крупных животных. Известно много случаев, когда лошадь или корову убивает током, если их задевает оборвавшийся провод.Чем же объяснить то, что птицы спокойно и совершенно безнаказанно усаживаются на провода? Подобные картинки можно часто наблюдать в городах (рис. 101).
Чтобы понять причину подобных противоречий, примем во внимание следующее: тело сидящей на проводе птицы представляет собой как бы ответвление цепи, сопротивление которого по сравнению с другой ветвью (короткого участка между ногами птицы) огромно. Поэтому сила тока в этой ветви (в теле птицы) ничтожна и безвредна. Но если бы птица, сидя на проводе, коснулась столба крылом, хвостом или клювом — вообще каким-нибудь образом соединилась с землей, — она была бы мгновенно убита током, который устремился бы через ее тело в землю. Это нередко и наблюдается.
Птицы имеют повадку, усевшись на кронштейн высоковольтной передачи, чистить клюв о токонесущий провод. Так как кронштейн не изолирован от земли, то прикосновение заземленной птицы к проводу, находящемуся под током, неизбежно кончается гибелью, Насколько подобные случаи многочисленны, видно хотя бы из того, что, например, в Германии в свое время принимали особые меры, чтобы оградить птиц от гибели. С этой целью на кронштейнах линий высоковольтной передачи устанавливали изолированные насесты, на которых птица могла бы не только сидеть, но и безнаказанно чистить о провод свой клюв (рис. 102). В других случаях опасные места делают с помощью особых приспособлений недоступными для прикосновения птиц.
При том широком развитии, которое получает в СССР растущая сеть высоковольтных передач, нам следует в интересах лесоводства и земледелия позаботиться об ограждении пернатого населения от истребления электрическим током.
При свете молнии
Случалось ли вам во время грозы наблюдать картину оживленной городской улицы при кратких вспышках молнии? Вы, конечно, заметили при этом одну странную особенность: улица, только что полная движения, кажется в такие мгновения словно застывшей. Лошади останавливаются в напряженных позах, держа ноги в воздухе; экипажи также неподвижны: отчетливо видна каждая спица колеса…Причина кажущейся неподвижности заключается в ничтожной продолжительности молнии. Молния, как и всякая электрическая искра, длится чрезвычайно малый промежуток времени — настолько малый, что его даже нельзя измерить обычными средствами. При помощи косвенных приемов удалось, однако, установить, что молния длится иногда лишь тысячные доли секунды[57]. За столь короткие промежутки времени мало что успевает переместиться заметным для глаза образом. Неудивительно поэтому, что улица, полная разнообразных движений, представляется при свете молнии совершенно неподвижной: ведь мы замечаем на ней только то, что длится тысячные доли секунды! Каждая спица в колесах быстро движущегося экипажа успевает переместиться лишь на ничтожную долю миллиметра; для глаза это все равно, что полная неподвижность.
Сколько стоит молния?
В ту отдаленную эпоху, когда молнии приписывали «богам», подобный вопрос звучал бы кощунственно. Но в наши дни, когда электрическая энергия превратилась в товар, который измеряют и оценивают, как и всякий другой, вопрос о том, какова стоимость молнии, вовсе но должен казаться бессмысленным. Задача состоит в том, чтобы учесть электрическую энергию, потребную для грозового разряда, и оценить ее хотя бы по таксе электрического освещения.Вот расчет. Потенциал грозового разряда равен примерно 50 миллионам вольт. Максимальная сила тока оценивается при этом в 200 тысяч ампер (ее определяют, заметим кстати, по степени намагничивания стального стержня тем током, который пробегает в его обмотке при ударе молнии в громоотвод). Мощность в ваттах получим перемножением числа вольт на число ампер; при этом, однако, надо учесть то, что, пока длится разряд, потенциал падает до нуля; поэтому при вычислении мощности разряда надо взять средний потенциал, иначе говоря — половину начального напряжения. Имеем:
мощность разряда = (50 000 000 * 200 000) / 2,
т. о. 5 000 000 000 000 ватт, или 5 миллиардов киловатт.
Получив столь внушительный ряд нулей, естественно ожидаешь, что и денежная стоимость молнии выражается огромной цифрой. Однако, чтобы получить энергию в киловатт-часах (ту, которая фигурирует в счетах за электрическое освещение), необходимо учесть время. Отдача столь значительной мощности длится около тысячной доли секунды. За это время израсходуется 5 000 000/ (3600 * 1000) ~ 1400 киловатт-часов. Один киловатт-час по тарифу обходится потребителю электрического тока в 4 копейки. Отсюда нетрудно вычислить денежную стоимость молнии;
1400 * 4 = 5600 коп. = 56 рублей.
Результат поразительный: молния, энергия которой раз в сто больше энергии выстрела тяжелого артиллерийского орудия, должна была бы стоить, по тарифу электростанции, всего лишь 56 рублей!
Интересно, насколько современная электротехника приблизилась к возможности воспроизвести молнию. В лабораториях достигнуто напряжение до 10 миллионов вольт и получена искра длиною в 15 м. Дистанция не чрезмерно значительная…
Грозовой ливень в комнате
Очень легко устроить дома небольшой фонтан из каучуковой трубки, один конец которой погружают в ведро, поставленное на возвышении, или надевают на водопроводный кран. Выходное отверстие трубки должно быть очень мало, для того чтобы фонтан разбивался тонкими струйками; проще всего достигнуть этого, вставив в свободный конец кусочек карандаша, из которого вынут графит. Ради удобства обращения с фонтаном этот свободный конец укрепляют в перевернутой воронке, как показано на рис. 103.Пустив такой фонтан высотой в полметра и направив струю вертикально вверх, приблизьте к нему натертую сукном палочку сургуча или эбонитовый гребень. Вы тотчас увидите довольно неожиданную вещь: отдельные струйки ниспадающей части фонтана сольются в одну сплошную струю, которая с заметным шумом ударяет о дно подставленной тарелки. Звук напоминает характерный шум грозового ливня. «Не подлежит сомнению, — замечает по этому поводу физик Бойс, — что именно по этой причине капли дождя во время грозы отличаются такой величиной». Удалите сургуч, — и фонтан тотчас же снова распылится, а характерный стук сменится мягким шумом раздробленной струи.
Перед непосвященными вы можете действовать палочкой сургуча, как фокусник «волшебным» жезлом.
Объяснение столь неожиданного действия электрического заряда на фонтан основано на том, что капли электризуются через влияние, причем обращенные к сургучу части капель электризуются положительно, противоположные — отрицательно; таким образом, разноименно наэлектризованные части капель оказываются в близком соседстве и, притягиваясь, заставляют капли сливаться.
Действие электричества на водяную струю вы можете обнаружить и проще; достаточно приблизить проведенный по волосам эбонитовый гребень к тонкой струе воды, вытекающей из водопроводного крана: струя становится сплошной и заметно искривляется по направлению к гребню, резко отклонившись в сторону (рис.104). Объяснение этого явления сложнее, чем предыдущего; оно связано с изменением поверхностного натяжения под действием электрического заряда.
Заметим между прочим, что легкостью, с какой образуется электрический заряд при трении, объясняется и электризация передаточных ремней, трущихся о шкивы. Выделяющиеся электрические искры представляют в некоторых производствах серьезную опасность в пожарном отношении. Чтобы этого избежать, серебрят передаточные ремни: тонкий слой серебра делает ремень проводником электричества, и накопление заряда становится невозможным.
Глава девятая
ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА. ЗРЕНИЕ.
Пятикратный снимок
Одним из курьезов фотографического искусства являются снимки, на которых фотографируемый изображен в пяти различных поворотах. На рис. 105, сделанном по подобной фотографии, можно видеть эти пять положений. Такие фотографии имеют то несомненное преимущество перед обыкновенными, что дают более полное представление о характерных особенностях оригинала: известно, как много заботятся фотографы о том, чтобы придать лицу снимаемого наиболее выгодный поворот; здесь же сразу получается лицо в нескольких поворотах, среди которых больше возможности уловить самый характерный.Как получаются эти фотографии? Конечно, с помощью зеркал (рис. 106). Фотографируемый садится спиной к аппарату А и лицом к двум отвесным плоским зеркалам С, сходящимся под углом в одну 5-ю долю от 360°, т. е. в 72°. Такая пара зеркал должна давать четыре изображения, повернутые различным образом по отношению к аппарату. Эти изображения плюс натуральный объект и фотографируются аппаратом, причем сами зеркала (не имеющие рам) на снимке, конечно, не получаются. Чтобы в зеркалах не отразился фотографический аппарат, его заслоняют двумя экранами (ВВ) с небольшой щелью для объектива.
Число изображений зависит от угла между зеркалами: чем он меньше, тем число получающихся изображений больше. При угле 360°/4 = 90° мы получили бы четыре изображения, при угле 360°/6 = 60° — шесть изображений, при 360°/8 = 45° — восемь, и т. д. Однако при большом числе отражений изображения тусклы и слабы; поэтому обычно ограничиваются пятикратными снимками.
Солнечные двигатели и нагреватели
Очень заманчива мысль использовать энергию солнечных лучей для нагревания котла двигателя. Произведем несложный расчет. Энергия, ежеминутно получаемая от Солнца каждым квадратным сантиметром внешней части нашей атмосферы, расположенным под прямым углом к солнечным лучам, тщательно подсчитана. Количество ее, по-видимому, неизменно: оттого оно и названо «солнечной постоянной». Величина солнечной постоянной равна (с округлением) 2 малым калориям на 1 см2 в минуту. Этот тепловой паек, регулярно посылаемый Солнцем, достигает поверхности Земли не полностью: около полукалории поглощается в атмосфере. Можно считать, что квадратный сантиметр земной поверхности, перпендикулярно озаряемый солнечными лучами, получает ежеминутно примерно 1,4 калории. В переводе на квадратный метр это составляет 14 000 малых, или 14 больших калорий в минуту, а в секунду — около 0,25 б. калории. Так как 1 б. калория, переходя полностью в механическую работу, дает 427 кгм, то солнечные лучи, падающие перпендикулярно на участок земли в 1 м2, могли бы дать свыше 100 кгм энергии ежесекундно, иначе говоря, более 1,3(3) лошадиной силы.Такую работу могла бы произвести лучистая энергия Солнца при самых благоприятных условиях — при перпендикулярном падении и стопроцентном превращении. Однако до сих пор осуществляющиеся попытки прямого использования Солнца как двигательной силы далеки были от таких идеальных условий: их полезное действие не превышало 5 — 6%. Из осуществленных установок наибольший коэффициент полезного действия дает солнечный двигатель известного физика Аббота: 15%.
Легче воспользоваться лучистой энергией Солнца не для получения механической работы, а для нагревания. Большое внимание уделяется этому вопросу в СССР. Существует специальный Всесоюзный гелиоинститут (в Самарканде), ведущий обширную исследовательскую работу. В Ташкенте работает солнечная баня, пропускающая 70 человек в сутки. В том же Ташкенте оборудована гелиоустановка на крыше одного из домов. Здесь установлены 20 солнечных котлов, которые рассчитаны на 200 ведер воды и целиком обеспечивают ею весь дом. По заявлению гелиотехников, солнце будет бесперебойно согревать котлы 7 — 8 месяцев в году. Остальные 4 — 6 месяцев котлы смогут нагревать воду только в ясные дни. Средний к. п. д. водонагревателей сравнительно высок — он составляет 47% (максимальный достигает 61%).