Механизм Вселенной: как законы науки управляют миром и как мы об этом узнали

Интересно отметить, что вывод Ньютоном сохранения импульса из его третьего закона приводит к сильному принципу сохранения (согласно которому закон сохранения импульса никогда не нарушается), который выводится и из слабого (согласно которому, оказывается, силы не всегда «равны по модулю и противоположны по направлению»).

Вернуться

27

Сюда входили разрозненные наблюдения за маятником, приливами, а также формула для скорости звука в воздухе.

Вернуться

28

Иногда это называют «абсолютной упругостью».

Вернуться

29

Сегодня это может показаться странным – описывать тепло как тип частицы, но свет – другую невесомую текучую среду – также рассматривали как частицу, в особенности сам Ньютон.

Вернуться

30

Как генерал-майор и командующий полицией при дворе Герцога Баварии Румфорд был ответственен за защиту Мюнхена.

Вернуться

31

Основываясь на этом исследовании, Джоуль смог установить, что произведенное количество тепла было пропорционально количеству тока, умноженному на квадрат сопротивления. Это называют джоулевым нагревом.

Вернуться

32

Давайте проясним. Ранее мы узнали, что работу совершают, применяя силу, чтобы, например, сдвинуть объект на некое расстояние. В таком случае гравитация – сила, двигающая объект таким образом, чтобы он упал на землю.

Вернуться

33

Работу рассчитывают как расстояние, на которое падает тело под воздействием силы тяжести, тогда как тепло связано с изменением температуры определенного объема воды.

Вернуться

34

Во время своего медового месяца Джоуль предположительно попытался измерить увеличение температуры воды внизу водопада. Действительно, поскольку вода в основании из-за падения потеряла (гравитационную) потенциальную энергию, за счет сохранения энергии вода оказывается теплее.

Вернуться

35

Будьте благодарны, что природа установила такую высокую цену за механический эквивалент тепла. Если бы она была «слишком низкой», мы бы производили гигантское количество тепла во время таких повседневных действий, как ходьба, где тепло выделялось бы, например, во время трения между вами и поверхностью земли.

Вернуться

36

В дополнение к этому пункту Эйнштейн научил нас, что E = mc², то есть объект обладает энергией просто потому, что у него есть масса, m. Это уравнение часто понимают неправильно. Целиком мы пишем E = mc² = m₀c² + E_к, где m₀ – «масса покоя», c – скорость света, а E_к – кинетическая энергия.

Вернуться

37

Даже сегодня все формы тепловых двигателей теряют значительную часть тепла.

Вернуться

38

У проверяющих из патентной комиссии есть научные степени в области техники, а у некоторых – даже степень кандидата наук.

Вернуться

39

Конечно, не все тепловые двигатели работают таким образом. Очень простой пример теплового двигателя – «пьющая птичка». Когда птица опускает свой клюв в стакан воды перед ней, она захватывает воду клювом и возвращается в вертикальное положение. С этого момента вода начинает испаряться с кончика ее клюва, охлаждая его – этот процесс известен как испаряющее охлаждение. В результате возникает разница температур: верхняя половина птицы становится более холодной (холодильник), чем нижняя (нагреватель). Из-за разницы температур жидкость внутри птицы поднимается вверх, пока птица снова не наклонится к стакану воды, чтобы вновь сделать «глоток», и процесс начинается заново. Кроме того, перепад температур также приводит к перепаду давления (пусть и незначительному) внутри птицы.

Жидкость (рабочее тело) в данном процессе играет важную роль. Она очень летучая, то есть при комнатной температуре значительная часть ее молекул находится в агрегатном состоянии пара, а некоторая часть – в жидком. В целом это относится ко всем жидкостям: некоторые их молекулы находятся в жидком состоянии, а другие – в газообразном, что приводит к росту давления пара жидкости. Однако у летучих жидкостей, в отличие от менее летучих, при равных температурах больше молекул находится в агрегатном состоянии пара. Это отражение притяжения молекул жидкости; чем оно сильнее, тем больше молекул остается в жидком состоянии и меньше – в состоянии пара, и наоборот. Это ключевой момент, потому что более летучая жидкость будет реагировать на разницу давлений гораздо сильнее, чем менее летучая, как и летучая жидкость внутри пьющей птицы, где больше молекул переходит из жидкого состояния в парообразное. Именно эти испарения, наряду с небольшим капиллярным эффектом, заставляют жидкость подниматься.

Вернуться

40