По образу и подобию

Дело было вот в чем. Незадолго перед тем чуть ли не весь мир победно обошел новый способ сооружения мостов, предложенный американцем Гау. Гау никак нельзя было отказать в таланте, а его способу — в остроумии. Он строго выдержал принцип детского «Конструктора». Мосты по его системе собирались из типовых ферм быстро, удобно и тех размеров, которые в данном случае были нужны. Конечно, далеко не везде годился этот метод, но там, где он оказался применим, им были довольны. А Журавский нашел у мостов Гау ахиллесову пяту — слабое место. Все фермы здесь были, подлинно, как детали в «Конструкторе», одной и той же прочности. И соединяли их между собой типовые же болты, тоже повсюду одинаковые. По расчетам Журавского выходило, что такое конструкторское решение здесь необоснованно — напряжения в разных точках моста должны быть различны. Но на его расчеты особого внимания не обратили: у Журавского одни расчеты, у Гау другие… И тогда русский инженер сделал модель моста Гау, только фермы в ней соединили не болтами, а тонкими проволочками. И нашел остроумнейший и нагляднейший способ показать, что проволочки в разных местах натянуты по-разному. Для этого и понадобился ему смычок. Будь натяжение проволочек одинаково, они все издавали бы один и тот же звук; на самом же деле высота звука оказалась зависящей от места расположения проволочки. Модель и опыт-концерт были не просто опровержением теорий Гау, они давали возможность исправить на будущее ошибки его системы.

Однако и в моделях, внешне похожих на свои объекты, часто приходится принимать особые меры, чтобы они подчинялись тем же законам. Модели дирижаблей иногда наполняют не водородом или гелием, а тяжелой ртутью. И заставляют их не летать, а тонуть. Тонуть в ванночке, наполненной водой или какой-нибудь другой жидкостью.

Зачем? От изменения масштабов явления в нем меняется чрезвычайно многое. Джонатан Свифт был не прав, когда делал своих лилипутов и великанов точными копиями человека, только меньшими или большими в длину — в 12 раз, по поверхности — в 144, по объему — в 1728. Рост живых существ не случаен. Великаны, к которым попал Гулливер, должны были бы ломать себе кости чуть ли не на каждом шагу, потому что конструкция, скажем, наших конечностей рассчитана, с определенным запасом прочности, именно на существующие их размеры. То же правило соблюдается и в созданиях самого человека.

Силы, с которыми газ действует изнутри на стенки маленькой модели дирижабля, несравненно меньше тех, с которыми приходится иметь дело в самом дирижабле. Вот и приходится заменять газ ртутью, чтобы добиться здесь соответствия. Модели механические оказываются часто способны играть роль «машин времени». В начале 30-х годов двое советских ученых, Н. Н. Давиденков и Г. И. Покровский, одновременно и независимо друг от друга предложили метод центрифугирования моделей сооружений. Модель, скажем, земляной плотины раскручивается в центрифуге; при этом на модель действует центробежная сила, и микроплотина начинает испытывать перегрузки, точно космонавт на испытаниях. Но никогда еще человека не подвергали таким перегрузкам, какие приходятся на долю моделей, — ни один богатырь их бы не выдержал. А раз все в модели плотины утяжеляется, значит, там быстрее течет вода, сверхускоренными темпами проходит осадка грунта. Можно сделать так, чтобы за несколько часов в модели произошли те же изменения, какие в ее оригинале могут случиться лишь на протяжении десятков и сотен лет.

В Институте физиологии растений Академии наук СССР уже давно работает камера искусственного климата. Здесь нетрудно в течение секунд сменить снежный буран — самумом, не уступающим африканскому, воссоздать пылевую бурю и приблизиться к марсианским природным условиям.

Впрочем, цель этой книги отнюдь не перечень моделей. Познакомимся хоть немного подробнее с тремя проблемами, в которых делу очень помогают модели — я имею здесь в виду «трехмерные материальные структуры», то есть модели физические.

Объекты их соответственно — кусочек земной поверхности, вся планета Земля целиком и поверхность Луны.

Итак, история первая.

Ящик под зонтом

У этого правдивого рассказа три героя: ученый, изобретатель, студент, который еще не успел стать ни первым, ни вторым.

Все они равны в одном отношении — без любого из трех эта история не была бы написана, так как событий, легших в ее основу, просто-напросто не произошло бы.

Разрешите представить: академик Пелагея Яковлевна Кочина; автор более двухсот изобретений и технических разработок Александр Григорьевич Пресняков; студент Новосибирского государственного университета Саша Демчук.