Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Так, Ньютон экспериментировал с деревянным сосудом высотой 3 — 4,5 м, наполненным дождевой водой. В этот сосуд он бросал восковые шары диаметром 18 — 32 мм с вплавленным в них свинцом. В зависимости от веса они достигали скоростей 0,06 — 0,74 м/с. После Ньютона подобные опыты были проведены лишь в 181! — !815 годах шведами П. Лагерхьельмом, Р!. Форселесом и Г.
Кальстениусом: в деревянном сосуде высотой около 9 м они заставляли тонуть шары диаметром от 31 до 90 мм из олова и дерева, утяжеленного свинцом. Достигаемые в опытах скорости составляли 0,27 — 1,08 м/с. Зимой 1879 — 1880 года опыты с шарами провел Д. И. Менделеев: латунный шар диаметром 40 мм тонул в цилиндриЧеском сосуде, наполненном водой, достигая предельной скорости порядка 0,16 м/с. Итак, за двести лет накопился довольно большой опытный материал.
Но что означали полученные в экспериментах пестрые цифры? Проливали ли они свет на величину сопротивления, оказываемого средой движущемуся телу? Ведь исследователи не измеряли непосредственно саму силу сопротивления, а только отрезки времени, за которые шары проходили определенные рассто- яния. Из сопоставления потучеиных данных они могли установить момент, когда вес падающего тела уравновешивается силой Сопротивления; достигнутая к этому моменту скорость в дальнейшем остается постоянной.
Но это все! Для того чтобы сопоставить между собой результаты всех опытов, чтобы сравнить результаты разных исследователей, требовалась идея, принцип, способный придать осмысленность накопившемуся экспериментальному материалу. И ХЧ11 век дал миру ученого, который попытался сформулировать такой принцип — первую теорию гидроаэродинамического сопротивления... Теоретики-гидродииамики н практики-гидравлики «Биографы Ньютона удивляются, — писал А. Герцен в 1846 году, — что ничего не известно об его ребячестве, а сами говорят, что он в восемь лет был математиком, то есть не имел ребячества». Не совсем точный по форме — Ньютон в детские годы не обнаруживал исключительных математических способностей — Герцен прав по существу.
Маленький Исаак не любил пустых забав. Начав с постройки игрушечных мельниц, он перешел к сооружению водяных часов и самоката собственной конструкции. Говорят, что он первым — по крайней мере в ' Англии — стал запускать воздушные змеи, выбор наивыгоднейших форм и размеров которых способствовал развитию его исследовательского таланта. Именно это увлечение натолкнуло Ньютона на мысль провести опыт, который сам он считал своим первым научным экспериментом: желая измерить силу ветра во время бури, 16-летний Исаак измерял дальность своего прыжка по направлению и против направления ветра...
Если история эта верна, то трудно найти пример, который более ярко иллюстрировал бы всю сложность проблемы воздушного сопротивления: гениальный ученый, «украшение рода человеческого», «сверхъестественный разум», как называли его современники, оказался не в силах решить ту первую научную проблему, которая поивлекла вгб внимание на заре юности! А ведь Ньютона эта проблема не переставала волновать псю жизнь он подступал к ней с разных сторон. Но хотя ему удалось продвинуться в ее понимании достаточно далеко, окончательное решение все-таки ускользнуло от него.
Впрочем, неудачу на этом пути потерпел не он один... Имя М. Мерсенна (1588 — 1648) сохранилось в истории науки, потому что в первой цоловнне ХЧП века его дом в Париже был своеобразным научным центром тогдашней Европы. Сюда из разных стран приходили письма сотен ученых, которых привлекал искренний интерес хвзяина дома к науке, его гостеприимство и возможность обсудмт» здесь ту нлн иную проблему с понимакнцими лвхдыаи. Хечи сам Мерсенн не прославил себя особо глубпяззваа мауимзяып открыччсамя, он был любителем пауки в ввипвмзг, благороднейшем смысле слова: он понимал н.любил математику, первым измерил скорость звука в воздухе, сделал многое в акустике и коечто в гидравлике и в изучении маятников, едва не изобрел зеркальный телескоп.
Именно Мерсенн в 1644 году впервые применил терман «баллистика» для обозначения науки о полете артиллерийских снарядов. Полетом ядер в пространстве Мерсенн начал интересоваться еше в 1630-х годах; и некоторые историки полагают даже, что он разработал параболическую теорию одновременно и независимо от Галилея. Но что за уровень был у этих разработок! В отличие от неукоснитель- ' но строгого логического развития посылок у Галилея в трудах Мерсенна мы находим хаотическое собрание догадок, грубых опытов и нелепых выводов из них. Так, параболическая траектория выводится нз описания полета пули, выстреленной вертикально вверх скачущим на коне всадником.
Желая выяснить влияние вращения Земли на траекторию падающего с большой высоты тела, Мерсенн провел опытные стрельбы из мушкета вертикально вверх.Не обнаружив на земле ни одной упавшей пули, он пришел к выводу, что они «задерживаются на небе»... Тем не менее вклад Мерсенна в баллистику достаточно весом: именно он в 1644 году пошел по тому третьему направлению, о котором упоминалось выше. Пытаясь установить, от чего зависит сила сопротивления, яспытываемая летящим ядром со стороны воздуха, он смутно угадывал, что сопротивление тем больше, чем быстрее движется тело, чем больше его поперечное сечение и чем плотнее среда, в которой оио движется.
В том же 1644 году попробовал одолеть эту же задачу Р. Декарт (1596 — 1650) — знаменитый французский философ, математик и ученый, изобретатель прямоугольных — декартовых — координат. Возможны два случая, утверждал Декарт: движение тела в эфире и в физической жидкости вроде воздуха и воды. Поскольку частицы эфира очень мелкие и мчатся со скоростями, значительно превышающими скорость самого движущегося тела, оно вообще не будет испытывать сопротивления, ибо эфирные частицы действуют на него равномерно со всех,сторон. В физических жидкостях частицы гораздо крупнее и движутся медленнее. Они чаще ударяются о лобовую часть тела, где вследствие этого создается как бы уплотнение, а за хвостовой, наоборот, — разрежение. Частицы, устремляясь от уплотнения к разрежению, обтекают тело и создают вихри.
На их создание расходуется часть движения тела, и это есть главная причина возникающего сопротивления, в конце концов останавливающего тело. Что касается величины сопротивления К, то она, по мнению Декарта, должна быть пропорциональна первой степени скорости г' ф 'г'). Из этого описания видна коварная особенность объяснений Декарта: в общих чертах в них иногда довольно правильно отражался механизм явления, но только в общих чертах. Никаких количественных предсказаний из гипотез не выводилось.
Раздвоение исследований по воздушному сопротивлению на чисто теоретическое н чисто опытное направления раньше всех попытался преодолеть голландский механик, физик и математик Х. Гюйгенс (1629 — 1695) — первый иностранный член Лондонского Королевского общества и первый председатель Парижской академии наук. Среди проблем, волновавших ученых ХЧИ века, трудно найти такую, которой не коснулся бы ясный и изобретательный ум Гюйгенса. Он занимался математическим исследованием циклоиды, логарифмической и цепной линни; ему принадлежит одна из первых работ по теории вероятностей.
С помощью изготовленного им самим объектива для телескопа он открыл спутник и кольцо Сатурна. Ему принадлежит волновая теория света, объяснившая оптические явления, которые не дались самому Ньютону. Но в памяти потомства нмя Гюйгенса оказалось навсегда связанным с разработкой теории измерения времени, положившей начало всем современным маятниковым часам. В 1668 — 1669 годах чвеличайший часовой мастер Ф! всех времен», как потом называли Гюйгенса, путем чисто умозрительных рассуждений пришел к выводу, что сопротивление воздуха или воды движению твердого тела должно быть пропорционально ие первой степени скорости, как думал Декарт, а второй.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
