100 великих научных открытий - [52]

Все свои опыты Бойль детально изложил в трудах, которые были изданы во всех странах Европы, а 15 лет спустя вышла книга «Речь о природе воздуха», написанная французским аббатом Эдмом Мариоттом (1620–1684). Аббат рассказывал о якобы проведенных им экспериментах, точь-в-точь повторяющих исследования Бойля, однако имени английского ученого не называл, словно хотел присвоить его славу себе.

Между тем труд француза сильно проигрывал работе Бойля. Если Роберт делал измерения с точностью до миллиметра, то Эдм измерял ртутный столб в дюймах (1 дюйм составляет 2,5 см). Если Бойль сравнивал все расчеты с наблюдениями и допускал погрешность замеров, то Мариотт настаивал на четком соответствии эмпирических и расчетных данных. Если ученый делал выводы осторожно и оценивал свои открытия критически, называя их всего лишь гипотезой, то аббат безапелляционно заявлял: все увиденное в ходе экспериментов является чуть ли не основой мироздания. И хотя в большинстве учебников физики пишется, что Мариотт опытным путем проверил и подтвердил заключения Бойля, это не так: на самом деле закон Бойля — Мариотта сформулировали Бойль и Таунли.

Тем не менее именно Мариотт указал на практическое применение данного закона — к примеру, предложил использовать показания барометра для определения высоты. Воспользовавшись этим советом, английский астроном Эдмунд Галлей (1656–1742) вывел формулу зависимости давления атмосферы от высоты. В двух словах она звучит так: по мере возрастания высоты в арифметической прогрессии атмосферное давление уменьшается в геометрической прогрессии.

В конце XVIII — начале XIX вв. французские ученые Ж. Гей-Люссак (1778–1850) и Ж. Шарль (1778–1850) отдельно друг от друга исследовали поведение газов в разных условиях и выяснили вот что: при неизменном объеме газа его давление будет расти прямо пропорционально увеличению температуры, а если удерживать давление на одном уровне, то с нагреванием газ будет расширяться, занимая все больший объем.

Впоследствии все соотношения, найденные в ходе экспериментов Бойля, Гей-Люссака и Шарля, помогли русскому химику Д. Менделееву и английскому инженеру Б. Клайперону сформулировать общий закон для идеального газа. Согласно этому закону, если умножить объем газа на его давление и разделить полученное число на температуру, получится универсальная постоянная. То есть давление, объем и температура газа тесно взаимосвязаны.

Закон свободного падения тел

В глубокой древности греки считали, что движение может быть как природным, так и противоестественным. К первой категории относилось падение — поскольку любой предмет якобы всегда стремится вернуться на свое место. Мудрец Аристотель, живший в IV в. до н. э., считал, будто предмет сдвигается с места только тогда, когда кто-то или что-то прикладывает к нему силу, и по пути теряет скорость из-за склонности окружающей среды чинить сопротивление. То есть чем плотнее среда, тем медленнее падает тело. Поскольку в полной пустоте нет никаких преград, скорость любого тела там бесконечна, а значит, о движении в такой среде не может быть и речи. Яблоко падает на землю быстрее листика потому, что весит больше, ведь это помогает ему эффективнее бороться с сопротивлением.

Теорию о том, что при броске тела мы передаем ему силу, принимал и Филопон — философ VI столетия. Вместе с тем Филопон отрицал, что скорость падения напрямую зависит от массы тела, и утверждал: в пустом пространстве скорость предмета вполне определенная и постоянная — ввиду отсутствия сопротивления она не убывает.

Десять веков спустя итальянский ученый Галилео Галилей (1564–1642) прочитал труды механика и астронома Дж. Бенедетти, который критиковал идеи Аристотеля и развивал теорию Филопона. Бенедетти писал, что при толчке/броске тела ему сообщается импе´тус — движущая сила, или, современным языком, импульс. Импетус направлен прямолинейно и имеет определенную величину, но по пути движущийся объект постоянно порождает новые импетусы и таким образом ускоряется. В целом же скорость падения зависит и от разницы в плотности тела и среды, и от площади тела. Галилея эти мысли заинтересовали, и в 1611 г. он отправился в Рим, чтобы выступить против догматических учений церкви, слепо насаждавшей теорию Аристотеля. Ученому очень хотелось исследовать движение экспериментально.

Каждое свое умозаключение Галилей пытался доказать или опровергнуть в ходе эксперимента, используя только идеальные предметы: гладкие, совершенно круглые шары и ровные дорожки. Вслед за Бенедетти он отказался от разделения движений на природные и противоестественные, поскольку четкой границы между ними не существует, и сосредоточился на самом процессе, без учета первопричины.

Первым предположением Галилея было то, что масса предметов никак не влияет на скорость их падения. Конечно, если сбросить с крыши три одинаковых шара, они долетят до земли одновременно. Но даже если скрепить два шара между собой (то есть увеличить массу тела вдвое) — все три снова-таки будут падать синхронно. Чтобы проверить это, ученый вышел на самый верх Пизанской башни и сбросил оттуда 80-килограммовое пушечное ядро и 200-граммовую пулю, которые имели одинаковую форму и текстуру поверхности. На землю шары упали в один и тот же момент, и Галилей сделал вывод: скорость падающего предмета зависит не от его массы, а от сопротивления воздуха, тормозящего объект. Для современников ученого это стало настоящим откровением: издревле в народе бытовало заблуждение, будто сдвинутый с места предмет образует позади себя пустое пространство, которое тут же заполняется воздухом (поскольку природа не терпит пустоты), а тот, в свою очередь, проталкивает тело дальше. То есть все думали, что воздух должен давать ускорение, а не замедлять.