Белые пятна безбрежного океана - [3]

Так вода помогла Архимеду решить задачу века и стала первым инструментом познания одного из свойств вещества.

Несколько позднее, продолжая опыты в ванне, Архимед сформулировал свой знаменитый закон о плавающих телах и тем положил начало гидравлике.

Непостижимое

Мрачные века средневековья... Надломленный пытками в застенках святой инквизиции старец Галилео Галилей вынужден был отречься от учения Коперника. Однако, как повествует молва, выйдя из судилища и оглянувшись на святых отцов, Галилей воскликнул:

- А все-таки она вертится!

Дорого обошлись ему эти слова. Он был изгнан из родной Флоренции и дни свои закончил на чужбине.

Но еще более мужественным Галилей оказался в науке. Он отважился опираться не на авторитет великих предшественников, а на опыт, на силу собственной логики. Полет его мысли, казалось, не знал предела: им открыт закон инерции; он - основоположник законов колебаний маятника и законов падения тел; он изобрел телескоп и первым заглянул в глубины Вселенной, открыл горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры и спутников Юпитера.

Но вот его внимание привлекла вода. Рассуждая над неподвижным сосудом с водой, Галилей пришел к поразившему его выводу: сила давления на дно сосуда могла превышать массу налитой в сосуд воды (рис. 1). Ошибки в рассуждениях быть не могло, ибо эти рассуждения опирались на законы логики и, конечно же, на повседневный опыт. Судите сами: на одной чаше весов (см. рис. 1,в) в сосуде находится 5 л воды, а на дно давит сила в 10 кгс (В Международной системе единиц (СИ) 1 кгс = 9,8 Н); на другой - гиря в 5 кг давит на чашу весов с силой в 5 кгс. Откуда же взялись дополнительные 5 кгс? Этого Галилей объяснить не смог. Тогда он начал изучать поведение движущейся воды. Тут его подкараулила еще более сокрушительная неудача: законы логики никак не желали ладить с законами течения обыкновенной воды. С горечью Галилей признался своим единомышленникам: "Легче установить закономерность движения бесконечно удаленных светил, нежели закономерность движения ручья, текущего у наших ног".

Рис. 1. Гидростатический парадокс. а - вес гири соответствует силе давления воды на дно (G = P); б - вес гири в 3 раза больше силы давления воды на дно (чашку весов), но равновесие сохраняется (G = 3P); в - вес гири в 2 раза меньше силы давления воды на дно (чашку весов) - равновесие по-прежнему сохраняется (G = 0,5P)

Не дрогнувший перед инквизицией, талантливый мыслитель и экспериментатор отступил перед неразрешимыми загадками заурядного вещества - воды. Вода оказалась для него самым непостижимым объектом исследований.

Сгинь! Сгинь!

Ему всю жизнь не везло. В детстве необъяснимый недуг едва не оборвал его жизнь. Судьба пощадила его, но ненадолго. В юности внезапный паралич сделал его калекой - ноги отказывались служить, он едва мог передвигаться. Но тем неизмеримее его подвиг в науке. Преодолевая физические страдания, он трудился с упорством, с упоением, свойственными лишь гениальному мыслителю,

В 16 лет Блез Паскаль стал не менее известным математиком, чем такие его современники, как Ферма и Декарт. В 18 лет он изобрел счетную машину - предшественницу арифмометра и прабабушку ЭВМ.

Пришло время, когда он вторгся в ту область познания, в которой потерпел неудачу великий Галилей. Он начал с несоответствия между величинами массы налитой в сосуд воды и силой, с которой эта масса давит на дно. Желая получить наглядное доказательство "гидростатического парадокса", Паскаль выполняет опыт, получивший название "бочки Паскаля".

По его указаниям крепкую дубовую бочку до краев наполнили водой и наглухо закрыли крышкой. В небольшое отверстие в крышке заделали конец вертикальной стеклянной трубки такой длины, что конец ее оказался на уровне второго этажа.

Выйдя на балкон, Паскаль принялся наполнять трубку водой (рис. 2). Не успел он вылить и десятка стаканов, как вдруг, к изумлению обступивших бочку зевак, бочка с треском лопнула. Ее разорвала непонятная сила.

Рис. 2. Исторический опыт Блеза Паскаля с бочкой

Паскаль убеждается: да, сила, разорвавшая бочку, вовсе не зависит от количества воды в трубке. Все дело в высоте, до которой трубка была заполнена. Далее проявляется удивительное свойство воды - передавать давление, созданное на ее поверхности (в бочке) по всему объему, каждой точке стенки или дна бочки.

Так он приходит к открытию закона, получившего его имя, имя Блеза Паскаля: "Давление, приложенное к поверхности жидкости, передается каждой ее частице без изменения своей первоначальной величины".

На поверхности воды в бочке под крышкой это давление Р = ρgh, где ρ - плотность воды; g - ускорение свободного падения; h - высота столба воды в трубке. Помножив полученное давление на площадь диаметрального сечения бочки (S = DH), мы получим ту силу, которая сокрушила ее прочные дубовые стенки:

P= ρg(h+H/2)(DH)

Если принять высоту воды в трубке 4 м (балкон второго этажа), диаметр бочки 0,8 м и высоту бочки 0,8 м, то как бы ни было мало количество воды в трубке, сила, разрывающая бочку, составит 27,6 кН.

Уже опираясь на открытый им закон, Паскаль получает следствие: "Если полный сосуд, закрытый со всех сторон, имеет два отверстия, одно из которых в 100 раз больше другого, то, помещая в каждое отверстие поршень, соответствующий этому отверстию, человек, нажимающий на малый поршень, будет создавать усилие, равное усилию 100 человек, нажимающих на поршень, по площади в 100 раз больший". Таким образом, Паскаль обосновал возможность получения сколь угодно больших усилий из сколь угодно малых с помощью жидкости. Трудно переоценить значение этого следствия для современного машиностроения. Оно привело к созданию суперпрессов с давлением в (65-75)*10