Юлий Вагнер - Наука для всех

Наверное вы читали когда-нибудь в сказках, что можно взобраться на небо. Помните ли, как Конек-горбунок с Иваном въезжают на небо и едут в терем Месяца Месяцевича? Но так говорится только в сказках. На самом же деле небо есть просто воздух – такой же воздух, как и тот, что нас окружает. Но если взобраться на небо и нельзя, то подняться на воздушном шаре выше синего неба люди смогли очень давно. Двое отважных ученых поднялись так высоко, что над ними осталось лишь очень мало воздуха: почти весь воздух, окружающий нашу землю, был ниже их.

Итак, воздух, как и всякая другая вещь, имеет вес. Раньше люди думали, что могут быть вещи без всякого веса, вещи невесомые. Про воздух тоже думали, что он невесом, то есть что он не имеет никакого веса. Теперь мы знаем, что таких вещей нет. Не только воздух, но даже более легкие газы можно взвесить. Но дело в том, что взвесить воздух совсем не так просто. Для этого надо взвесить сначала какой-нибудь стеклянный или металлический шар с воздухом, потом каким- нибудь способом высосать из него весь воздух. Надо запереть шар так, чтобы воздух не вошел в него снова, и еще раз взвесить его без воздуха. Мы будем тогда знать вес шара с воздухом и без воздуха. Мы можем тогда узнать, сколько весит сам воздух, бывший в шаре. Однако, высосать весь воздух из шара, хотя бы и особыми приборами, очень трудно: чем меньше остается в шаре воздуха, тем труднее его высасывать. Хотя таким способом люди и узнали, что и воздух имеет вес, но точный вес его они нашли не сразу.

Оказалось, что воздух примерно в 770 раз легче воды. Значит, большая сорокаведерная бочка воздуха весит столько же, сколько одна бутылка воды. Не думайте, однако, что если воздух так легок, то и давление его невелико. Давление его очень сильно. На каждый квадратный вершок (площадка по величине такая же, как широкая сторона спичечной коробки, 19,69 см 2) земли он давит с силой в 50 фунтов (0,41 кг). С такой же силой воздух давит на каждый квадратный вершок нашего тела. Если рассчитать поэтому, с какой силой воздух давит на все тело взрослого человека, то получится вес в 900 слишком пудов (1 пуд равен 16,4 кг).

Вот как сильно давит на нас обыкновенный воздух, и мы все-таки не замечаем его тяжести!

Почему же воздух давит так сильно? А просто потому, что слой воздуха, лежащий над нами, очень толст. Этот слой идет на многие версты (верста – 1066,8 м) и даже десятки верст кверху. Нет такой высокой горы, которая бы поднималась своею вершиной выше воздуха.

Вышележащий воздух давит на нижележащий. На тот воздух, который находится возле земли, давит весь воздушный слой.

Вы знаете, что давлением можно сжать воздух; поэтому воздух возле земли очень сжат.

Чем дальше кверху, тем воздух будет менее сжат, потому что на нем будет лежать меньший слой воздуха. Чем больше сжимать воздух, тем сильнее становится его давление. Значит, возле земли давление воздуха больше, чем в вышине. Чем дальше кверху, тем давление воздуха слабее.

Посмотрим теперь, как нашли люди силу давления воздуха. Определить ее, оказывается, гораздо легче, чем взвесить воздух. Вспомним, как мы переворачивали стакан с водой, покрытый куском картона. Вы теперь знаете, что покрышку стакана держало давление воздуха; это давление было больше веса воды. Предположим, что вместо стакана у нас будет длинная трубка диаметром 1 см, открытая только с одного конца. Трубку можно взять какой угодно длины. Чем длиннее она, тем длиннее столб воды, находящейся в трубке, тем сильнее, стало быть, вода должна давить на картонную покрышку, когда трубка перевернута. Если брать все более и более длинную трубку, то давление воды пересилит, наконец, давление воздуха, и картонка отпадет. Чтобы узнать силу давления этой воды на картонку, стоит только взвесить воду, которая находилась в трубке. Оказалось, что надо взять для этого трубку длиной почти в пять сажен (1 сажень = 2,13 м). Такая трубка была бы не ниже трехэтажного дома. Понятно, что с такой длинной трубкой очень трудно обращаться, но к счастью есть много других жидкостей, которые тяжелее воды. И вот вместо воды люди взяли очень тяжелую жидкость, ртуть, и устроили важный прибор для узнавания тяжести или давления воздуха. Так этот прибор и назвали барометром, что по-русски значит «измеритель тяжести».

Определение давления воздуха

Я уверен, что вы видели ртуть в градусниках. Это – красивая серебристая жидкость. Немцы называют ее жидким серебром. Она очень ядовита. С ней надо обращаться осторожно, и стоит она довольно дорого. Стакан ртути более чем в тринадцать раз тяжелее такого же стакана воды. Поэтому и трубку для измерения давления воздуха надо взять в тринадцать с лишком раз короче, то есть немногим длиннее аршина (1 аршин равен 0,71 м).

Как же устроен барометр? Взгляните на рисунок. Главная часть барометра состоит из стеклянной трубки, которая приделана к деревянной подставке. Эта трубка запаяна у верхнего своего конца, а нижний конец загнут тоже кверху и расширяется в чашечку. Длина трубки больше аршина.

Если такую трубку всю наполнить ртутью, а затем перевернуть запаянным концом кверху, то часть ртути из нее выльется, но не вся. Вы теперь знаете почему. Ртуть не выливается из такой трубки потому, что воздух давит на ртуть только с одного конца: с того, с которого трубка открыта. У другого, верхнего, конца трубка запаяна, и воздух здесь не может давить на ртуть. Значит, воздух толкает ртуть к запаянному концу трубки. Чем сильнее он давит, тем выше он может поднять ртуть; чем слабее, тем ниже. Чтобы можно было видеть, как ртуть в трубке то поднимается, то снова опускается, возле запаянного конца прибита линеечка с черточками; по черточкам можно замечать, как высоко стоит ртуть в трубке.

Барометр

Высота, на которой стоит ртуть, показывает давление воздуха на ртуть. Если с барометром подниматься кверху, на гору, то ртуть в нем будет опускаться, потому что здесь воздух меньше сжат верхними его слоями и поэтому меньше давит на ртуть. Таким способом можно узнать, на какую высоту мы поднялись.

Когда люди устроили барометр, они заметили, что давление воздуха даже на одном месте постоянно меняется; например, в сутки оно может два раза то увеличиваться, то уменьшаться. Значит, давление воздушного слоя над барометром не бывает всегда одинаково. Но оказалось, что в то время как в одних местах давление воздуха уменьшается, в других оно увеличивается и наоборот. При этом общее количество воздуха, окружающего Землю, остается тем же самым.