Менделеев

К тому времени, когда Дмитрий Иванович начал заниматься сопротивлением жидкостей, многое в этой науке уже было сделано: Г. Галилей, Дж. Ричиолли, Э. Мариотт и Ф. Ла-Гир в XVII веке уже установили, что сопротивление зависит от поперечного сечения движущегося тела, от плотности жидкости и от скорости движения. Великий Ньютон уже выдвинул свою инерционную теорию, согласно которой сопротивление приписывалось только преодолению инерции частиц жидкости, раздвигаемых движущимся телом. Французский морской офицер Ш. Борда своими экспериментами опроверг все теоретические предсказания Ньютона, хотя сам и не выдвинул никакой гипотезы взамен. Сделал это в 1764 году другой француз — Э. Дюбуа, который в предисловии к своим «Началам гидравлики» писал: «Мы считаем себя счастливыми уже тем, что нам удалось разложить сопротивление, испытываемое движущимся телом в жидкости, на два различных усилия, одно, действующее как давление на переднюю часть тела, а другое — как недостаток давления сзади». Величайшая заслуга Дюбуа, высоко оцененная Менделеевым, состояла в том, что он первый показал, какую большую роль в сопротивлении играет форма кормовой оконечности тела, роль, которую полностью отрицал сам Ньютон.

Инерционные теории сопротивления, модные в XVIII веке, привели к понятию об идеальной жидкости, то есть жидкости, лишенной трения, лишенной вязкости.

Эксперименты, проведенные в 1780 году французом Ш. Кулоном — тем самым, который открыл фундаментальный закон электростатики, — показали, что пренебрегать трением, как это делали до него, нельзя, что сопротивление складывается из двух составляющих — инерционного и фрикционного сопротивлений. В XIX веке началось увлечение фрикционными теориями, которые были особенно популярны в Англии, где именно такие теории разработали В. Ренкин и Дж. Скотт-Рассел, где провел свои крупномасштабные эксперименты М. Бофуа и где начал систематические исследования знаменитый Вильям Фруд.

Но все это английское великолепие произвело на Менделеева не очень большое впечатление. Опыты Бофуа обошлись в 50 тысяч фунтов стерлингов, почти в полмиллиона рублей. Опыты Фруда потребовали громадных средств английского адмиралтейства, поскольку для них было устроено здание над длинным водоемом, установлен мощный двигатель и целая система измерительных приборов. И тем не менее все эти колоссальные средства, затраченные Англией на изучение сопротивления, принесли малые плоды.

Гораздо большее значение для науки представляли внешне не столь впечатляющие опыты, произведенные во Франции в 1840–1850 годах. Здесь Г. Гаген и Ж. Пуазейль установили, что сопротивление жидкости, текущей в трубе, прямо пропорционально скорости. А. Дарси пришел к иному заключению: сопротивление пропорционально квадрату скорости. Придирчивая проверка показала, что эксперименты и Гагена — Пуазейля и Дарси безукоризненны. Выходит, вода в трубах вела себя лукавым озорником, подчиняясь иногда одному закону, а иногда другому. Чутье подсказывало Менделееву, что в этом несовпадении таятся гораздо более фундаментальные зависимости, чем в грандиозных экспериментах англичан. «До сих пор нет достаточно прямых опытов для твердого суждения об этом предмете, — писал он, — хотя он имеет, можно сказать, капитальнейшее значение для многих частей гидродинамики…»

В 1878 году, работая в Ницце над проблемами гидродинамики, Менделеев был убежден, что «время для изложения и средства для издания… найдутся»… Но увы! Работам Менделеева по изучению сопротивления жидкостей не суждено было быть завершенными: в 1880 году выходит первый выпуск этого труда, оказавшийся последним. О нем Дмитрий Иванович на склоне лет писал так: «Книга вышла полна разного интереса (тогда я уже любил Анну Ивановну), но на ее окончание личных средств не стало (они пошли на дела семейные), а казенных не дали — оттого и не продолжал».

Об этом можно только пожалеть, ибо уже тогда, в 1878 году, он настолько глубоко проник в суть дела, что совершенно правильно указал на тот узловой вопрос, разрешение которого стало стержнем развития в последующие десятилетия. «Внутреннее трение, — писал он, — будет поглощать еще больше силы и работы тогда, когда явятся вихри (вьюны, водовороты), как это случится яснее всего при движении угловатого… тела или тела с шероховатой поверхностью». Чтобы оценить всю многозначительность этих слов, следует вспомнить о том, что именно образование вихрей стало главным содержанием гидродинамики: вплоть до наших дней.

И кто знает, найдись у русского морского ведомства в 1878–1880 годах несколько свободных тысяч рублей, и, быть может, вся история становления современной гидродинамики оказалась бы иной.