О движении(Из истории механики)
Шрифт:
Английский физик Джемс Прескотт Джоуль (1818–1889) своими опытами определил механический эквивалент теплоты, то-есть количество ее, соответствующее определенному количеству механической энергии.
Заставляя воду протекать через узкие трубки, Джоуль установил, что механическая работа, необходимая для поднятия 1 килограмма на высоту 424 метров, превращаясь в теплоту, нагревает 1 килограмм воды на 1 градус Цельсия.
Позднее было доказано, что сохранение кинетической энергии есть проявление общего закона сохранения, приложимого ко всем видам энергии, существующим
Энергия не создается и не уничтожается, а только превращается из одного вида в другой.
Этим свойством энергии объясняется и невозможность так называемого вечного движения, то-есть создания машины, которая производила бы работу без затраты энергии.
Не только в средние века, но даже в новое время множество изобретателей трудились над созданием проектов такой машины. Большая часть их добросовестно заблуждалась, веря в возможность осуществления вечного движения.
Еще в XIII веке начались подобные попытки. Обычно такой двигатель представлял собой колесо, вращающееся на горизонтальной оси. Внутри колеса перекатывались тяжелые шары, причем они должны были на одной стороне всегда находиться дальше от оси вращения, чем на другой.
В других проектах насос должен был накачивать воду в верхние черпаки водяного колеса, которое приводит его в движение.
Совершенно очевидно, что для поднятия шаров или воды на определенную высоту нужно произвести ту же работу, которую они могут совершить опускаясь. Поэтому никакая из этих машин не может прийти в движение сама по себе. Если же привести такое колесо во вращение, то оно может вращаться, быстро замедляя свое движение, пока сообщенная ему кинетическая энергия не израсходуется на преодоление трения (причем вся эта энергия перейдет в теплоту). После этого машина остановится.
Нужно отметить, что шары или перекачка воды в машине «вечного движения» не удлинят, а укоротят время вращения колеса, так как увеличат трение. Если заставить вращаться одновременно с той же силой просто приподнятое велосипедное колесо, то его вращение будет продолжаться дольше, потому что трение оси в шарикоподшипниках очень невелико.
Ученые издавна указывали на абсурдность идей вечного движения.
Еще Леонардо да Винчи предупреждал изобретателей, что идея вечного двигателя неосуществима. Позднее Стевин обосновал свой вывод закона наклонной плоскости, исходя из невозможности вечного движения. К этому доказательству прибегал и Галилей.
Но изобретатели не были физиками-мыслителями. Они продолжали подавать множество проектов в академии и другие учреждения.
Наконец в XVII веке Парижская Академия наук поручила академику Лагиру рассмотреть вопрос о вечном движении.
Лагир дал в 1678 году простое и ясное доказательство неосуществимости создания машины, не только производящей работу, но даже вообще могущей находиться в вечном движении без затраты энергии.
Несмотря на это, изобретатели вечного движения продолжали подавать свои фантастические проекты. Тогда в 1755 году Парижская Академия наук прекратила прием проектов вечного двигателя.
Как сообщал
«Это почти всегда, — писал В. Л. Кирпичев, — лица очень почтенные, добросовестно преданные идее, но увлеченные ею так сильно, что они абсолютно глухи к доводам рассудка. На них не действуют не только словесные, логические доказательства, но даже такое сильное фактическое доказательство, которое им представляют своей полной инертностью продукты их изобретательности, изготовленные их собственными руками».
Только ознакомление широких масс с законом сохранения энергии и с историей механики может прекратить бесполезную затрату труда на изобретение машины вечного движения.
Развитие механики в России
В эпоху Петра I в России строились суда, сооружались заводы, закладывались рудники… Русские строители, техники и моряки в своих расчетах почувствовали необходимость в знании механики.
Уже «Арифметика» Магницкого (1669–1739), вышедшая в 1703 году, содержала некоторые сведения по механике. В этом учебнике были даны понятия о равновесии, движении, скорости и силе.
В Морской академии, в Инженерной и Артиллерийской школах — учебных заведениях, основанных в 1712–1715 годах, — преподавались статика и теория простых машин.
Промышленность, военное дело, мореплавание и строительство развивались так быстро, что скоро этих познаний стало недостаточно. Русские техники были вынуждены путем догадок решать возникавшие перед ними задачи.
Для удовлетворения потребности в теоретических руководствах уже в первой половине XVIII века начались составление книг и переводы с западноевропейских языков.
В 1722 году вышла «Наука статическая, или механика» Г. Г. Скорнякова-Писарева, изучавшего физико-математические науки в Германии и Италии. Это было первое сочинение русского автора по механике. В нем излагались законы равновесия тел, находящихся под действием различно направленных сил, в применении к теории простых машин.
С основанием в 1725 году Академии наук в Петербурге в ней начали работать известнейшие механики того времени: Даниил Бернулли, а позднее Леонард Эйлер.
Хотя многие западноевропейские ученые того времени считали механику отраслью математики, М. В. Ломоносов постоянно указывал на роль эксперимента в физике и механике.
«Ныне ученые люди, — писал этот великий мыслитель, — а особливо испытатели натуральных вещей, мало взирают на родившиеся в одной голове вымыслы и пустые речи, но больше утверждают на достоверном искусстве (опыте. — Ф. Б.). Главнейшая часть натуральной физики ныне уже только на оном одном свое основание имеет. Мысленные рассуждения произведены бывают из надежных и много раз повторенных опытов».
Русские ученые середины XVIII века интересовались исключительно приложением механики к строительству зданий, морских судов, кораблевождению и другим задачам практики.