Физика на каждом шагу

Я решил тотчас же проделать опыт с неполным стаканом, чтобы самому увидеть, как бумажка отпадает. Представьте же мое удивление, когда я убедился, что она и тогда не отпадает! Карточка держится не хуже, чем при полном стакане.

Это послужило для меня наглядным уроком того, как следует изучать явления природы. Высшим судьей в естествознании должен быть опыт. Каждую теорию, как бы правдоподобна она ни казалась нашему уму, следует проверять опытом. «Поверяя и проверяя» – таков был лозунг первых исследователей природы (флорентийских академиков) в XVII веке, таков он и для физика XX века. И если при проверке теории окажется, что опыт не подтверждает ее, то надо доискаться, в чем именно теория ошибается.

В нашем случае нетрудно найти ошибку объяснения, на первый взгляд вполне убедительного. Отогнем осторожно один угол бумажки в тот момент, когда она закрывает снизу отверстие незаполненного стакана. Мы увидим, что через воду пройдет воздушный пузырь. Что это показывает? То, что в стакане воздух более разрежен, чем снаружи: иначе наружный воздух не устремлялся бы в пространство над водой. В этом и вся разгадка: стакан хотя и содержит воздух, но менее плотный, чем наружный, а следовательно, слабее давящий. Очевидно, при опрокидывании стакана вода, опускаясь вниз, вытесняет из него часть воздуха; оставшаяся же часть, распространяясь в прежнем объеме, разрежается и давит слабее.

В сущности, и в том случае, когда вода заполняет стакан, казалось бы, целиком, – над бумажкой, кроме воды, имеется в небольшом количестве также воздух. Достаточно самого тонкого слоя воздуха нормальной плотности, чтобы уравновесить давление атмосферы снаружи. Но воздух в стакане немного разрежен по сравнению с наружным, и оттого бумажка прижимается к краям стакана. Если бы воздуха в стакане совсем не было, наружное давление прижимало бы бумажку с силою в 60–70 кг (соответственно площади отверстия стакана). Оторвать бумажку от краев стакана было бы очень трудно; между тем в действительности для этого достаточно самого слабого усилия.

Вы видите, что даже простейшие физические опыты при внимательном отношении могут навести на серьезные размышления.

Водолазный колокол

Для этого опыта годится обыкновенный умывальный таз; но если вы сможете получить глубокую и широкую банку, то опыт проделать удобнее. Вам понадобится еще и высокий стакан. Это и будет ваш «водолазный колокол», а таз с водой представит уменьшенное подобие моря или озера.

Едва ли есть опыт проще этого. Вы держите стакан вверх дном, погружаете его на дно таза, продолжая придерживать рукой (чтобы вода его не вытолкнула). Легко при этом заметить, что вода внутрь стакана почти не проникает: воздух не допускает ее. Это становится гораздо нагляднее, когда под вашим «колоколом» находится какой-нибудь легко намокающий предмет, например кусочек сахара. Положите на воду пробковый кружок, на него – сахар и прикройте сверху стаканом. Смело опускайте теперь стакан в воду. Сахар очутится ниже уровня воды, но останется, сухим, потому что вода под стакан не проникает.

Рис. 64

Тот же опыт можно проделать и со стеклянной воронкой, если, повернув ее широким концом вниз, плотно заткнуть пальцем ее отверстие и тогда погрузить в воду. Вода под воронку не проникает; но стоит отнять палец от отверстия и тем дать воздуху выход, чтобы вода быстро поднялась в воронке до уровня в сосуде.

Этот опыт должен наглядно объяснить вам, как люди могут находиться и работать под водой в водолазном колоколе или внутри тех широких труб, которые называются «кессонами». Вода не проникает внутрь водолазного колокола или кессона по той же причине, по какой не втекает она под стакан в нашем опыте.

Человек под водой

Хотя в воде и растворен воздух, но организм наш так устроен, что дышать этим воздухом, как дышат рыбы, мы не можем. Чтобы оставаться под водою, человек должен либо иметь с собою запас воздуха, либо же быть в сообщении с воздухом, который имеется над водою. Подводная техника пошла по обоим путям. Спускаясь в так называемом водолазном колоколе, изобретенном в конце XVIII века, человек дышит запасом того воздуха, который имеется в колоколе. А опускаясь под воду в особом водолазном костюме – скафандре, человек получает свежий воздух извне: его накачивают вниз насосами. В настоящее время водолазными колоколами больше не пользуются, а прибегают к услугам только скафандров.

Рис. 65

В старину думали, что снабжать водолаза воздухом можно очень просто: провести трубку от его рта наружу, выше уровня воды, и водолаз сможет как угодно долго оставаться под водою, дыша с помощью этой трубки. Когда слон окунается с головой в речную воду, он так и делает: выставляет конец хобота из-под воды и дышит наружным воздухом. Однако, когда тем же приемом пробовали пользоваться люди, дело кончалось очень плачевно: несчастных водолазов извлекали из воды бездыханными. После нескольких таких катастроф никто уже не решался больше повторять столь опасные опыты.