Станислав Зигуненко - Я познаю мир. Авиация и воздухоплавание

Первые полеты заинтересовали многих людей на земном шаре. Но далеко не все могли понять, почему воздушные шары летают. Этого толком не знали даже сами братья Монгольфье, полагавшие, что шар обязательно должен быть наполнен дымом, а вовсе не теплым воздухом.

Логика рассуждений такова. Все мы видим, как по небу плавают облака и тучи. Из них часто льет дождь и сверкают молнии. А коли так, значит, полету может способствовать электризация воздуха...

В общем, чтобы шар полетел, полагали братья, нужно наполнить его «облакоподобным веществом» — паром или дымом. Тогда произойдет эта самая электризация и монгольфьер взлетит.

На самом деле все, конечно, не так. Лучше других, пожалуй, объяснил суть происходящих процессов знаменитый наш писатель JLН. Толстой, весьма живо интересовавшийся вопросами воздухоплавания. Он писал:

«Если взять надутый пузырь и опустить его в воду, а потом пустить, то пузырь выскочит на верх воды и станет по ней плавать. Точно так же если кипятить чугун воды, то на дне, над огнем, вода делается летучею, газом; и как соберется пар, немножко водяного газа, он сейчас пузырем выскочит наверх. Сперва выскочит один пузырь, потом другой, а как нагреется вся вода, то пузыри выскакивают, не переставая; тогда вода кипит. Так же, как из воды выскакивают наверх пузыри, надутые летучей водою, потому что они легче воды, — так из воздуха выскочит на самый верх пузырь, надутый газом — водородом, или горячим воздухом, потому что горячий газ легче холодного воздуха, а водород легче всех газов...»

Современный ученый, впрочем, наверное, пояснил бы суть дела немного по-другому. «Всем известно, — сказал бы он, — если бросить в воду деревянную дощечку, она поплывет. А вот стальной гвоздь сразу утонет. Это происходит потому, что у дерева меньший удельный вес, чем у воды, а у стали — больший...»

Удельный вес — это вес кубика любого вещества со стороной, равной 1 см. Если мы мысленно вырежем такой кубик из дерева — он будет весить меньше 1 г, а из стали — больше. Вес же кубика воды как раз равен 1 г. Вот и получается: дерево плавает, потому что оно легче воды, а сталь тонет, поскольку тяжелее.

«Но ведь по морям и океанам плавают большие корабли, — возможно, вспомните вы. — Они сделаны из стали и все-таки не тонут...»

А не тонут они потому, что в данном случае инженеры пошли на хитрость. Суть ее заключается в следующем. Если мы сделаем из стали не сплошной кубик, а полый, заполненный воздухом внутри, то он будет плавать. Ему не позволит утонуть воздух, заключенный внутри. Примерно так же плавают и стальные суда — ведь внутри они тоже полые. Даже если заполним часть объема судна грузами и механизмами, все равно места для воздуха остается еще достаточно.

Существует даже специальный физический закон, объясняющий это явление.

«На тело, погруженное в жидкость, — гласит он, — действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости, вытесненной им».

Этот закон каждый может проверить самостоятельно. Стоит нырнуть в пруд, бассейн или просто залезть в ванну с водой, как вы почувствуете: тело словно бы потеряло в весе. И если кубик, судно или тело вытесняют воды больше, чем весят сами, они плавают, если меньше — тонут.

Говорят, закон был открыт древнегреческим ученым Архимедом при довольно любопытных обстоятельствах. Сиракузский царь Гиерон заподозрил, что его новая корона сделана мастером не из чистого золота, а из сплава с другими металлами. Но так ли это? Проверку он поручил своему придворному мудрецу Архимеду.

Тот долго думал, как выполнить поручение царя. И в конце концов решил задачу. Причем идея пришла к нему в бане. Когда он погрузился в ванну, полную до краев водой, часть ее, конечно, выплеснулась на пол — ее вытеснило тело Архимеда. И это обстоятельство подсказало ученому ход решения. Он так обрадовался своему открытию, что тотчас выскочил из ванны и как был, мокрый, побежал домой по улицам родных Сиракуз с криком: «Эврика! Нашел!..»

Он действительно нашел способ, как решить задачу царя: Архимед опустил корону в сосуд, полный воды. Часть ее опять-таки выплеснулась. Ее объем был равен объему короны. А зная объем и вес царского украшения — взвесить-то его проще простого! — можно найти и удельный вес материала, из которого это изделие и было изготовлено. Для этого поделим вес на объем и получим вес в граммах кубика вещества со стороной в 1 см. Точно так же Архимед определил и удельный вес слитка из чистого золота. Осталось сравнить полученные результаты. При этом, говорит история, выяснилось, что ювелир все-таки смошенничал...

Но мы несколько отвлеклись. Ведь эта книжка не об Архимеде и его открытиях... Главное для нас в этой истории вот что. Тот же физический закон, открытый Архимедом, распространяется не только на водное, но и на воздушное пространство; шарльер летает потому, что его наполняют водородом — газом, который легче воздуха. В монгольфьерах внутри хотя и находится воздух, но температура его гораздо выше, чем снаружи. А горячий воздух легче холодного. В этом можно убедиться с помощью простейшего опыта. К пламени зажженной свечи или газовой горелки сбоку можно поднести руку довольно близко. А вот над свечой тепло чувствуется на значительном расстоянии — нагретый воздух поднимается вверх.

Таким образом, для взлета воздушным шарам вовсе не нужно разгоняться, как самолетам. Они не взлетают, а всплывают в воздушном океане, подобно тому как в океане водном всплывает брошенная щепка или мячик.

Область науки, которая изучает неподвижный воздух, называется аэростатикой («статос» в переводе с греческого означает «неподвижный») в отличие от аэродинамики, которая познает законы движущегося воздуха.

Так что воздушные шары правильнее будет называть аэростатами, ведь зачастую они бывают отнюдь не круглыми.

Вспомните: «Виктория» Жюля Верна предназначалась отнюдь не для увеселительных прогулок. Писатель хотел отправить придуманного им профессора Фергюссона и его друзей в полет над Африкой за новыми географическими открытиями.

Самое замечательное, Жюль Верн во многом предугадал действительные события! Меньше чем через год вслед за литературными героями к истокам Нила — самой большой реки Африки — отправились настоящие путешественники. И они убедились, что писатель был прав: Нил действительно вытекает из озера Виктория.