Поклажа из воздуха

В середине XVII столетия жители города Магдебурга были свидетелями поразительного зрелища: 16 лошадей изо всех сил старались разнять два приложенных друг к другу медных полушария. Что связывало их? Ничто, воздух. И тем не менее, восемь лошадей, тянувших в одну сторону, и восемь, тянувших в другую, оказались не в силах их разъединить. Так бургомистр Отто фон Герике наглядно доказал, что воздух – не «ничто», что он имеет вес и давит со значительною силою на все земные предметы.

Описание знаменитого опыта с «магдебургскими полушариями» имеется во всех учебниках физики. И все же, мне думается, читателю интересно будет узнать, как описан этот опыт самим Герике. Книга с описанием целого ряда его опытов вышла на латинском языке в Амстердаме в 1672 году под длинным заглавием:

Интересующему нас опыту посвящена глава XXIII этой книги. Вот ее перевод:

«Опыт, доказывающий, что давление воздуха соединяет два полушария так прочно, что их нельзя разнять усилиями 16 лошадей».

«Я заказал два медных полушария а и b (см. гравюру), диаметром в ¾ магдебургских локтя¹. Но в действительности диаметр их заключал всего ⁶⁷/₁₀₀, так как мастера́, по обыкновению, не могли изготовить в точности то, что требовалось. Оба полушария вполне отвечали одно другому. К одному полушарию был приделан кран Н (фиг. IV); с его помощью можно удалить воздух изнутри и препятствовать проникновению воздуха снаружи. Кроме того, к полушариям прикреплены были 4 кольца, через которые продевались канаты, привязанные к упряжи лошадей. Я велел также сшить кожаное кольцо (D); оно напитано было смесью воска в скипидаре; зажатое между полушариями, оно не пропускало в них воздух. В кран вставлена была трубка воздушного насоса, и был удален воздух внутри шара. Тогда обнаружилось, с какою силою оба полушария придавливались друг к другу через кожаное кольцо. Давление наружного воздуха сдавливало их так крепко, что 16 лошадей совсем не могли их разнять или достигали этого лишь с трудом. Когда же полушария, уступая напряжению всей силы лошадей, разъединялись, то раздавался грохот, как от ружейного выстрела.

Но стоило поворотом крана открыть свободный доступ воздуху – и оба полушария нетрудно было разнять руками».

Несложное вычисление может объяснить нам, почему нужна такая огромная сила (16 лошадей), чтобы разъединить части пустого шара. Воздух давит с силою около 1 кг на каждый квадратный сантиметр; площадь круга² диаметром в ¾ локтя (37 см) равна 1060 см². Значит, давление атмосферы на каждое полушарие должно превышать 1000 кг (60 пудов). Каждая восьмерка лошадей должна была, следовательно, тянуть с силою 60 пудов, чтобы противодействовать давлению воздуха.

Опыт с «магдебургскими полушариями». Иллюстрация из сочинения Отто фон Герике.

Казалось бы, для 8‑ми лошадей это очень небольшой груз: ведь 8 сильных лошадей везут телегу, нагруженную 1000 пудами! Не забывайте, однако, что, двигая 1000‑пудовую кладь, лошади преодолевают силу не в 1000 пудов, но гораздо меньшую, именно – силу трения колес о мостовую. А эта сила составляет всего 2–5 процентов, т. е. при 1000‑пудовом грузе равна 20–50 пудам (в зависимости от качества мостовой). Следовательно, тяга в 60 пудов соответствует нагрузке телеги в 1200–3000 пудов. Вот какова та воздушная поклажа, везти которую должны были лошади магдебургского бургомистра!

Измерено, что средняя ломовая лошадь тянет воз с усилием всего в 5 пудов (при скорости 4 версты в час). Следовательно, для разрыва «магдебургских полушарий» понадобилось бы, при спокойной тяге, не 8, а 12 лошадей с каждой стороны!

Кости наших тазобедренных сочленений не распадаются благодаря атмосферному давлению, подобно тому, как сдерживаются «магдебургские полушария».

Читатель будет, вероятно, изумлен, узнав, что некоторые сочленения нашего тела не распадаются по той же причине, что и «магдебургские полушария». Наше тазобедренное сочленение представляет собой именно такие «магдебургские полушария». Можно обнажить это сочленение от мускульных и хрящевых связей – и все‑таки бедро не выпадет из сочленения: его прижимает атмосферное давление, так как в межсуставном пространстве воздуха нет. Наоборот, достаточно просверлить канал в тазовой кости, открыв доступ воздуху внутрь сочленения – и кость выпадает, несмотря на то, что все хрящи и мускулы в целости.

«Пустота» оказывается здесь, как видите, более крепкою связью, нежели мускулы и хрящи.

1^ Магдебургский локоть – 550 миллиметров.

2^ Берется площадь круга, а не поверхность полушария потому, что атмосферное давление равно указанной величине лишь при действии на поверхность под прямым углом; для наклонных поверхностей это давление меньше. В данном случае мы берем проекцию сферической поверхности на плоскость, – т. е. площадь большого круга.