Этот закон каждый может проверить самостоятельно. Стоит нырнуть в пруд, бассейн или просто залезть в ванну с водой, как вы почувствуете: тело словно бы потеряло в весе. И если кубик, судно или тело вытесняют воды больше, чем весят сами, они плавают, если меньше — тонут.
Говорят, закон был открыт древнегреческим ученым Архимедом при довольно любопытных обстоятельствах. Сиракузский царь Гиерон заподозрил, что его новая корона сделана мастером не из чистого золота, а из сплава с другими металлами. Но так ли это? Проверку он поручил своему придворному мудрецу Архимеду.
Тот долго думал, как выполнить поручение царя. И в конце концов решил задачу. Причем идея пришла к нему в бане. Когда он погрузился в ванну, полную до краев водой, часть ее, конечно, выплеснулась на пол — ее вытеснило тело Архимеда. И это обстоятельство подсказало ученому ход решения. Он так обрадовался своему открытию, что тотчас выскочил из ванны и как был, мокрый, побежал домой по улицам родных Сиракуз с криком: «Эврика! Нашел!..»
Он действительно нашел способ, как решить задачу царя: Архимед опустил корону в сосуд, полный воды. Часть ее опять-таки выплеснулась. Ее объем был равен объему короны. А зная объем и вес царского украшения — взвесить-то его проще простого! — можно найти и удельный вес материала, из которого это изделие и было изготовлено. Для этого поделим вес на объем и получим вес в граммах кубика вещества со стороной в 1 см. Точно так же Архимед определил и удельный вес слитка из чистого золота. Осталось сравнить полученные результаты. При этом, говорит история, выяснилось, что ювелир все-таки смошенничал...
Говорят, так, в ванне, Архимед открыл свой закон...
Но мы несколько отвлеклись. Ведь эта книжка не об Архимеде и его открытиях... Главное для нас в этой истории вот что. Тот же физический закон, открытый Архимедом, распространяется не только на водное, но и на воздушное пространство; шарльер летает потому, что его наполняют водородом — газом, который легче воздуха. В монгольфьерах внутри хотя и находится воздух, но температура его гораздо выше, чем снаружи. А горячий воздух легче холодного. В этом можно убедиться с помощью простейшего опыта. К пламени зажженной свечи или газовой горелки сбоку можно поднести руку довольно близко. А вот над свечой тепло чувствуется на значительном расстоянии — нагретый воздух поднимается вверх.
Таким образом, для взлета воздушным шарам вовсе не нужно разгоняться, как самолетам. Они не взлетают, а всплывают в воздушном океане, подобно тому как в океане водном всплывает брошенная щепка или мячик.
Область науки, которая изучает неподвижный воздух, называется аэростатикой («статос» в переводе с греческого означает «неподвижный») в отличие от аэродинамики, которая познает законы движущегося воздуха.
Так что воздушные шары правильнее будет называть аэростатами, ведь зачастую они бывают отнюдь не круглыми.
Люди на "летающих ладьях"
Вспомните: «Виктория» Жюля Верна предназначалась отнюдь не для увеселительных прогулок. Писатель хотел отправить придуманного им профессора Фергюссона и его друзей в полет над Африкой за новыми географическими открытиями.
Самое замечательное, Жюль Верн во многом предугадал действительные события! Меньше чем через год вслед за литературными героями к истокам Нила — самой большой реки Африки — отправились настоящие путешественники. И они убедились, что писатель был прав: Нил действительно вытекает из озера Виктория.
Правильно оценил писатель и другое: воздушные шары действительно переставали быть просто игрушкой, средством развлечения. И хотя настоящий «Гигант» вскоре прекратил свое существование, потерпев аварию в одном из первых полетов, человечество уже не могло остановиться на пути освоения Пятого океана. Шары продолжали строить один за другим, потому что они нужны были для дела.
Первый полет с научными целями совершили в 1802 году немецкие ученые Гумбольдт и Бомлан. С помощью аэростата они установили, что с подъемом температура окружающего воздуха снижается.
В 1804 году в научном полете, организованном Петербургской академией наук, принял участие академик Я.Д. Захаров. Несколько полетов совершили известные французские ученые Жан Батист Био и Жозеф Луи Гей-Люссак. Ими были получены достоверные данные о том, что с высотой меняется не только температура, но и давление, влажность и состав воздуха. Было установлено, что человек на большой высоте начинает задыхаться.
Выяснили ученые и причину этого. Поскольку с высотой давление уменьшается, во вдыхаемом воздухе уже не содержится достаточного количества кислорода. Как только аэростат поднимается выше 5 тыс. метров, у аэронавтов появляются первые признаки «горной болезни» — человек слабеет, у него начинает кружиться голова, снижается острота зрения и слуха... При длительном пребывании на высоте около 8 тыс. метров человек вообще может потерять сознание и умереть от кислородного голодания. Поэтому в качестве лекарства против горной или высотной болезни аэронавты стали брать с собой в полет баллоны с кислородом.
Начали использовать аэростаты и для астрономических наблюдений. Ведь аэронавты теперь могли подняться выше облаков, а значит, погода уже не могла помешать им увидеть Солнце, Луну, другие звезды и планеты.
Так, в 1887 году великий русский ученый Д.И. Менделеев совершил полет, чтобы увидеть своими глазами солнечное затмение. Причем обстоятельства этой экспедиции складывались в достаточной степени драматично. Началось с того, что аэростат «Русский» за ночь перед стартом вымок под дождем настолько, что его отяжелевшая от влаги оболочка не могла поднять двух человек, как предполагалось ранее. Тогда Менделеев решил лететь в одиночку, оставив на земле... командира аэростата, военного аэронавта. Более того, ученый пригрозил попросту выбросить того из корзины, если он не подчинится.
«Солнечное затмение ждать нас не будет!» — заявил ученый и стартовал. А ведь то был первый полет Менделеева; он не только не имел опыта управления аэростатом» но даже не успел толком ознакомиться с его устройством.
И все же риск оправдался: во время трехчасового полета ученый не только провел все необходимые наблюдения, но и смог справиться с управлением и совершил благополучное приземление.
Аэростат стали рассматривать как надежное средство для совершения полетов. Тем более что к концу XIX века рекордная продолжительность полетов достигла уж 35 часов 45 минут! Аэронавты преодолели за это время расстояние 1922 км!
Единственный недостаток воздушного шара исследователи видели лишь в том, что лететь все время приходилось по воле ветра. Нужно было что-то придумать для преодоления этого недостатка.
Наперекор ветрам
Под парусами — хоть к полюсу?
Вспомните, первые корабли и лодки могли плыть в основном по ветру. Если же такой курс не устраивал моряков, они вынуждены были садиться за весла. Силе ветра они могли противопоставить лишь мощь своих мускулов.
Но физических сил у человека не так уж много. Куда сильнее он умственно. И потому со временем люди научились строить такие корабли, которые могли бороздить морские просторы наперекор ветру и волнам.
Сначала парусники стали плавать против ветра, используя его же силу. Корабль или яхту заставляют двигаться переменными галсами, то есть разными курсами под углом по направлению ветра. Управляя парусами и рулем, умелые мореплаватели в конце концов приводят судно к намеченной цели. Потом на кораблях появились двигатели с винтами, которые сделали паруса вообще ненужными.
«Летающая ладья» итальянца Франческо де Лана Торци
Примерно то же самое происходило и в небе. Поначалу воздухоплаватели тоже пробовали брать с собой в полет весла. Но быстро поняли их бесполезность. Вода в 800 раз плотнее воздуха, а кроме того, практически несжимаема, поэтому от нее и удается оттолкнуться веслом. Воздух же легко поддается напору, и единственное, что можно сделать, махая веслами в воздухе, так навеять ими прохладу, словно веерами-опахалами.
Впрочем, несколько полезных идей аэронавты у мореплавателей все же почерпнули. Например, известно: узкая лодка движется быстрее широкой при одинаковых усилиях гребцов. Оболочки аэростатов тоже стали делать вытянутыми, сигарообразной формы.
Для полетов над водой изобретатель Сивель предложил использовать якорь-конус — своеобразное ведро, которое сбрасывалось вниз из гондолы на длинной веревке, наполнялось водой и притормаживало аэростат лучше обычного гайдропа.
