Лев Гумилевский - Создатели двигателей

Ученых было мало, а спрос на них был так велик, что часто их приходилось выписывать из-за границы. Богатые и сильные правительства сманивали в свои академии знаменитых людей из соседних стран.

Таким именно образом попал во Францию голландец Христиан Гюйгенс. Он прибыл в Парижскую академию по приглашению французского правительства. На родине, занимаясь оптикой, Гюйгенс построил отличную астрономическую трубу и в нее наблюдал загадочный Сатурн. Ему-то и удалось открыть спутники Сатурна и обнаружить, что кольца Сатурна отделены от планеты. Гюйгенс также построил первые часы с маятником, поразившие воображение современников.

Любезная улыбка вельможи, с какой Гюйгенс задал первый вопрос представленному ему молодому человеку, быстро сошла с его губ. Он искренне заинтересовался юношей. Провинциальный врач оказался человеком с острым умом и большими познаниями. И, когда он намекнул на то, что больше всего на свете желал бы учиться и работать в лаборатории у Гюйгенса, ученый предложил ему место своего помощника.

Этот врач был Дени Папен.

О детстве и юности Папена сохранилось мало сведений. Он родился в Блуа, старинном французском городе, 22 августа 1647 года, в семье известного врача и получил хорошее медицинское образование в Анжерском университете. Однако он решил заниматься не врачебной практикой, как требовал его отец, а физикой и математикой, как хотел он сам. У такого наставника, как Гюйгенс, своевольный, но настойчивый, решительный и очень прилежный юноша быстро переквалифицировался и стал работать в области прикладной механики.

Наиболее интересным и важным научным достижением тогдашней науки Папену показалось открытие атмосферного давления, сделанное итальянским ученым Эванджелиста Торричелли. Произошло это так.

Торричелли пригласили во Флоренцию обследовать поставленный там новый водяной насос. Насос этот был построен очень тщательно, но отказывался поднимать воду выше нескольких метров, и никто не мог понять, почему это происходило.

Самое старинное описание водяного насоса найдено у греческого ученого Филона Византийского, жившего более двух тысяч лет назад. Но и у него описан не первый, а значительно усовершенствованный насос двойного действия: он не только засасывает воду, но и нагнетает ее в особую дополнительную трубу, через которую вода из речки или колодца подается довольно высоко наверх.

В таком насосе при движении поршня вверх вода засасывается через клапан на дне цилиндра. Этот клапан прикрывает донное отверстие и откидывается вверх сам собой под действием поступающей в цилиндр воды. Клапан, соединяющий цилиндр с водоподъемной трубой, при этом закрыт, так как вода из трубы во время подъема поршня сама стремится войти в цилиндр и своей тяжестью закрывает боковой клапан. Наоборот, при обратном движении поршня нижний клапан в цилиндре закрывается давлением воды, а давление поршня на воду открывает боковой клапан, отчего вода из цилиндра врывается в водоподъемную трубу и идет по ней вверх до конца.

И до Филона Византийского и после него в течение полутора тысяч лет люди качали такими насосами воду из рек и колодцев, но все-таки не знали, какая именно сила заставляет воду подниматься вслед за поршнем. Древние философы объясняли это загадочное явление тем, что «природа не терпит пустоты» и потому загоняет воду в пустую трубу, если не в состоянии загнать туда воздух.

Даже учитель Торричелли, великий Галилей, знавший, что воздух имеет вес, не видел связи между весомостью воздуха и поднятием воды в трубе насоса.

Насос во Флоренции заставил всех обратить внимание на странное явление: на некоторой высоте вода в его трубе останавливалась и не шла дальше за поршнем, так что, вопреки утверждениям философов, природа мирилась с пустотой между уровнем воды и поршнем.

Торричелли был умный, образованный человек, и, главное, он не верил, что природа имеет разум и волю. Он стал искать истинную причину загадочного явления и довольно скоро понял, что воду в трубу насоса гонит давление воздуха, который своим весом давит на поверхность воды в реке или колодце. Раз в трубе насоса при поднятии поршня образуется безвоздушное пространство, то естественно, что под давлением атмосферы на остальную поверхность воды часть воды устремляется в трубу и поднимается в ней.

Старинный водяной насос.

Так Торричелли, опираясь на учение Галилея о весомости воздуха, открыл существование атмосферного давления.

Когда Торричелли понял, почему вода из колодца бежит в трубу насоса вслед за поршнем, он легко рассчитал, до какого предела сможет дойти вода в трубе. Ясно было, что даже в самом лучшем насосе она сможет подниматься только до тех пор, пока засосанная в трубу вода не уравновесит давление атмосферы.

Так как давление атмосферы повсюду почти неизменно, а вес воздуха и вес воды были известны, то Торричелли без труда решил задачу: ни один насос, состоящий из цилиндра с поршнем, не может поднимать воду выше десяти метров. Десятиметровый столб воды в трубе всасывающего насоса уравновешивает давление атмосферы на площадь, равную сечению трубы насоса, вследствие чего вода и останавливается на этой высоте. Значит, чтобы поднять воду на высоту в несколько десятков метров, следовало ставить один насос над другим так, чтобы воду, сливаемую нижним насосом в резервуар, выкачивал в свою очередь следующий, верхний насос, и так дальше, цепью, до конца.

Опыт давно уже научил людей поступать именно таким образом, когда приходилось откачивать воду с большой глубины. С незапамятных времен существовали и нагнетательные насосы с самодействующими клапанами.

Водяной насос многому научил людей за две тысячи лет своего существования и, как мы увидим дальше, претерпел на своем веку немало удивительных, чудесных превращений.

Вес воздуха ничтожен по сравнению с весом воды или железа, но все же каждый литр его весит более одного грамма. А так как высота воздушного слоя очень значительна, то оказывается, что давление, производимое атмосферой у поверхности земли на маленькую площадь в один квадратный сантиметр, превышает уже килограмм.

В обычных условиях мы, конечно, не замечаем, какая огромная тяжесть давит на нас, раз давление это равномерно распределено повсюду. Однако стоит только нарушить это равновесие, например путем удаления воздуха из трубы, как тотчас же атмосферное давление скажется самым резким образом. Даже сравнительно незначительное снижение атмосферного давления мы уже чувствуем на себе, поднявшись на высокую гору, когда организм наш должен приспособляться к уменьшенному давлению воздуха. Летчики, поднимающиеся очень высоко, это знают особенно хорошо.