Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени

Идея радиометра пришла ему в голову во время работы с таллием. Он взвешивал кусочки этого металла на весах в вакууме и обратил внимание, что теплые образцы легче холодных. Крукс решил, что существует связь между температурой и гравитацией и продолжил изучение феномена — он особенно интересовал его с точки зрения действия «психических сил». Экспериментально он выяснил, что если в вакууме к объекту большей массы приблизить объект меньшей массы, то они либо притягиваются, либо отталкиваются, и чем чище вакуум, тем сильнее эффект. В 1873 году Крукс был убежден, что открыл отталкивающее действие излучения.

Чтобы исследовать этот феномен, он и придумал радиометр. Он представлял собой тонкую стальную вертикальную ось с насаженными на нее четырьмя тонкими лопастями. Одна из сторон каждой лопасти была выкрашена в черный цвет. Все сооружение помещалось в стеклянной емкости. Когда к сосуду подносили источник света, лопасти радиометра вращались. Крукс объявил, что это движение есть не что иное, как действие «давления света». Именно это предположение подтолкнуло Прингсхайма к экспериментам с инфракрасным светом.

Как позже выяснилось, и Крукс, и Прингсхайм заблуждались. В 1875 году самым выдающимся экспертом в гидравлике считался профессор математики из Манчестера Осборн Рейнольдс (знаменитый своей привычкой время от времени прерывать лекцию на полуслове и бежать к доске, чтобы записать новую идею). Ему удалось доказать, что даже если из сосуда радиометра максимально выкачан воздух, нагревание лопастей светом вызывает выделение небольшого количества молекул газа, которые также нагреваются и движутся, создавая давление на лепестки «вертушки». Этим и объясняется вращение лопастей прибора.

Увлечение Рейнольдса гидравликой и гидродинамикой привело его к серии важных открытий и изобретений. Он разработал методы моделирования поведения воды в устьях рек и каналах, получил патенты на усовершенствования насосов и турбин, произвел математические расчеты для постройки масштабных моделей кораблей, описал образование пустот в воде при вращении гребных винтов, изучил охлаждающий эффект дождя на морскую поверхность, объяснил, почему шарик для пинг-понга не падает с вертикальной струи воды, а также рассказал о том, почему едут лыжи — снег под ними подтаивает. Также у него была забавная теория о том, что Вселенная состоит из маленьких шариков.

Самым большим вкладом Рейнольдса в сумму человеческих знаний стало открытие числа, которое сегодня носит его имя. Так называемое число Рейнольдса представляет собой жизненно важное для гидродинамики отношение скорости и плотности жидкости, а также диаметра отверстия, через которое она протекает, к ее вязкости. Важнейшим практическим применением числа Рейнольдса стало то, что оно помогает инженерам избегать турбулентных завихрений в жидкостях. Благодаря этому корабли плывут ровно, каналы не выходят из берегов, исправно работают насосы, а водопроводные и газовые трубы в наших домах не протекают. Так же сложно переоценить важность числа Рейнольдса для туристической и авиаиндустрии — оно лежит в основе аэродинамики и помогает конструировать самолеты. Используя это отношение, братья Райт сначала построили аэродинамическую трубу, испытали в ней три планера, а уж потом сами поднялись в воздух на своем аэроплане.

Но и это еще не все, чем мы обязаны Рейнольдсу. Он исследовал значение смазки для важнейшей детали будущего авиационного мотора братьев Райт. Приспособление это с 1879 года использовалось в конструкции велосипедов, а поскольку братья Райт раньше сами продавали и чинили велосипеды^{281 — 68, 77}, они были прекрасно осведомлены о нем. Речь идет о шарикоподшипниках.

Человеком, который познакомил инженеров всего мира с шарикоподшипниками, был немец по имени Стрибек. В конце XIX века он провел громадное количество опытов с подшипниками самых разных моделей в самых разных условиях. Он тестировал цилиндрические и сферические подшипники, подшипники из закаленной и обычной стали, в чашечках, в кольцах, в тарелках, с кольцеобразным гребнем, по одному и по несколько штук, в желобе, с нагрузкой под разными углами, вращающиеся быстро и медленно, подшипники со смазкой и сухие подшипники, при высокой и низкой температурах, гладкие и рифленые, большие и маленькие, а также под давлением тяжелого груза до разрушения. Стрибек выяснил, что лучше всего работают подшипники на базе шариков, помещенных во внутреннюю канавку, именно ее наличие обеспечивает оптимальное распределение нагрузки.