Занимательная физика. Книга 2

Это курьезное рассуждение «Войска Донского отставного урядника» из юмористического рассказа Чехова вызывает улыбку у всякого своею явною несообразностью. Однако те же люди, которые смеются над подобными «учеными» рассуждениями, нередко сами создают теории, ничуть не менее смехотворные. Кому не приходилось слышать или читать о сапоге в бане, который не влезает на разгоряченную ногу потому будто бы, что «нога при нагревании увеличилась в объеме?» Этот знаменитый пример сделался чуть не классическим, – а между тем трудно придумать большую нелепость, чем подобное объяснение.

Прежде всего, надо твердо помнить, что температура человеческого тела в бане нисколько не повышается: наивно думать, будто у всех в бане повышенная температура! Человеческий организм успешно борется с тепловыми влияниями окружающей среды и поддерживает собственную температуру на строго определенной точке.

Но если бы даже температура тела и поднялась на несколько градусов (не больше 5-ти, конечно, ибо при 42° уже наступает смерть), то вызванное этим увеличение объема было бы такое ничтожное, какого нельзя заметить при надевании сапог. Коэффициент расширения твердых и мягких частей человеческого тела не превосходит нескольких десятитысячных. Следовательно, ширина ступни и толщина голени могли бы увеличиваться всего на какую-нибудь сотую долю сантиметра, если бы нога в бане действительно стала теплее на несколько градусов. Неужели же сапоги шьются с точностью до 0,01 сантиметра?!

Право, Чехов смело мог бы приписать это объяснение своему доморощенному философу! Конечно, факт остается фактом: сапоги трудно надевать после бани. Это так же верно, как и то, что зимою дни короче, чем летом. Но причина вовсе не в тепловом расширении, а в приливе крови, в разбухании наружного покрова, во влажной поверхности кожи и т. п. явлениях, мало относящихся к физике.

Барометр или термометр?

– Барин, сегодня нельзя вам ванны брать, – неожиданно объявляет лакей, хотя ванна вполне готова.

– Почему?

– Опасно. Сунул я в ванну барометр, а он показал бурю! Нельзя.

Со стыдом должен сознаться, что я сам однажды очутился в положении этого анекдотического лакея: купил термометр, воображая, что покупаю недорогой барометр.

Прибор, купленный мной, продается под именем «водяного барометра». Это – закрытый сосуд, до половины налитый водою, над которой находится воздух. От нижней части сосуда ведет трубка, изгибающаяся вверх и имеющая открытый конец. На трубке наклеена бумажка с делениями и надписями: «сухо», «ясно», «переменно», «дождь», «буря» и т. п. Уровень воды в такой трубке показывает будто бы давление атмосферы и ожидаемое состояние погоды. Прибор охотно покупается публикой, и большинство покупателей действительно убеждено, что оно приобретает барометр, чувствительный к малейшим изменениям воздушного давления.

Рис. 66. Будто бы водяной барометр.

Рис. 67. Самодельный водяной термоскоп, неправильно принимаемый за барометр. а – бутылка, б – пробка, в – сургуч, г – стеклянная трубка, д – полоска бумаги с надписями.

Между тем, это вовсе не водяной барометр, а воздушный термометр! Вода в узкой трубке поднимается совсем не вследствие понижения атмосферного давления, а вследствие нагревания воздуха над водой в широком сосуде. Стремясь расшириться при нагревании, воздух давит на воду и, разумеется, поднимает уровень воды в трубке. К температурным изменениям этот прибор в десятки раз чувствительнее, чем к переменам давления воздуха.

Вы можете и сами устроить такой мнимый барометр из обыкновенной бутылки и стеклянной трубки. Бутылку (белого стекла) наполняют до половины водой и вставляют в горлышко стеклянную трубку так, чтобы нижний конец ее почти доходил до дна, а верхний далеко выступал над горлышком. Края горлышка вокруг трубы заливают сургучом, – и «барометр» готов к употреблению: уровень воды в трубке будет постоянно колебаться в связи с переменой погоды. Если угодно, вы можете пользоваться этим самодельным прибором, – но знайте, что, справляясь по нему о давлении атмосферы, вы не слишком далеки будете от того анекдотического лакея, над которым сами только что смеялись.

Первый термометр в мире, изобретенный Галилеем, устроен был именно таким образом, как наш мнимый барометр; в нем, вместо ртути, расширялся воздух. Подобные термометры тем неудобны, что положение уровня воды в трубке зависит не от одной лишь температуры, а отчасти и от атмосферного давления. Но, конечно, к температурным изменениям прибор этот гораздо чувствительнее, и Галилей был вполне прав, рассматривая его как термометр (вернее, термоскоп). Первый настоящий барометр изобретен учеником Галилея, Торичелли.

Прибор вроде того же мнимого барометра описывается еще у Герона Александрийского (см. рис. 68). Когда солнечные лучи нагревают шар, воздух в верхней его части, расширяясь, давит на воду и выталкивает ее по трубке наружу; тогда вода начинает капать из конца трубки в воронку. В холодную погоду упругость воздуха в шаре уменьшается, и вода из нижнего ящика устремляется по трубке в шар.