Занимательная физика. Книга 2 - Яков Перельман

Странно, что людям, которых увлекает эта идея, не приходит в голову более простое осуществление той же мысли: соединить ремнем два каких-нибудь шкива и завертеть один из них. Руководясь той же логикой, как и в случае предыдущего сочетания машин, мы должны ожидать, что первый шкив приведет во вращение второй, а от второго будет вертеться первый. Можно обойтись и одним шкивом: завертим его — правая часть станет увлекать во вращение левую, левая же при движении будет поддерживать вращение правой. В последних двух случаях нелепость слишком очевидна, и потому подобные проекты никого не вдохновляют. Но, по существу, все три описанных «вечных двигателя» исходят из одного и того же заблуждения.

Для математика выражение «почти вечный» не представляет ничего заманчивого. Движение может быть либо вечным, либо невечным; «почти вечное» значит, в сущности, невечное.

Но для практической жизни это не так. Многие, вероятно, были бы вполне удовлетворены, если бы получили в свое распоряжение не совсем вечный двигатель, а «почти вечный», способный двигаться хотя бы, например, тысячу лет. Жизнь человека коротка, и тысячелетие для нас то же, что вечность. Люди практической складки, наверное, сочли бы, что проблема вечного двигателя решена и что больше не над чем ломать голову.

Таких людей можно обрадовать сообщением, что 1000-летний двигатель уже изобретен; каждый может при известной затрате средств иметь у себя подобие такого вечного двигателя. Патент на это изобретение никем не взят, и секрета он не представляет. Устройство прибора, придуманного проф. Стреттом в 1903 году и обычно называемого «радиевыми часами», весьма несложно (см. рис. 100).

Рисунок 100. Радиевые часы с «почти вечным» заводом на 1600 лет.

Внутри стеклянной банки, из которой выкачан воздух, подвешена на кварцевой нити B (не проводящей электричества) небольшая стеклянная трубочка A, заключающая в себе несколько тысячных долей грамма радиевой соли. К концу трубочки подвешены, как в электроскопе, два золотых листочка. Радий, как известно, испускает лучи трех родов: лучи альфа, бета и гамма. В данном случае основную роль играют легко проходящие через стекло бета-лучи, которые состоят из потока отрицательно заряженных частиц (электронов). Разбрасываемые радием во все стороны частицы уносят с собой отрицательный заряд, а потому сама трубка с радием постепенно заряжается положительно. Этот положительный заряд переходит на золотые листочки и заставляет их раздвигаться.

Раздвинувшись, листочки прикасаются к стенкам банки, теряют здесь свой заряд (в соответствующих местах стенок приклеены полоски фольги, по которым электричество уходит) и вновь смыкаются. Вскоре накопляется новый заряд, листочки вновь расходятся, опять отдают заряд стенкам и смыкаются, чтобы вновь наэлектризоваться. Каждые две-три минуты совершается одно колебание золотых листочков, с регулярностью часового маятника, — отсюда и название «радиевые часы». Так продлится целые годы, десятилетия, столетия, пока будет продолжаться испускание радием его лучей.

Читатель видит, конечно, что перед ним отнюдь не «вечный», а только даровой двигатель.

Долго ли радий испускает свои лучи? Установлено, что уже через 1600 лет способность радия испускать лучи ослабнет вдвое. Поэтому радиевые часы будут идти безостановочно не менее тысячи лет, постепенно уменьшая лишь частоту своих колебаний, вследствие ослабления электрического заряда. Если бы в эпоху начала Руси устроены были такие радиевые часы, они действовали бы еще в наше время!

Можно ли использовать этот даровой двигатель для каких-нибудь практических целей? К сожалению, нет. Мощность этого двигателя, т. е. количество работы, совершаемой им в секунду, так ничтожна, что никакой механизм не может приводиться им в действие. Чтобы достичь сколько-нибудь осязательных результатов, необходимо располагать гораздо большим запасом радия. Если вспомним, что радий — чрезвычайно редкий и дорогой элемент, то согласимся, что даровой двигатель подобного рода оказался бы чересчур разорительным.

Все знают, как опасно для человека прикосновение к электрическим проводам трамвая или высоковольтной сети, когда они под напряжением. Такое прикосновение смертельно для человека и для крупных животных. Известно много случаев, когда лошадь или корову убивает током, если их задевает оборвавшийся провод.

Чем же объяснить то, что птицы спокойно и совершенно безнаказанно усаживаются на провода? Подобные картинки можно часто наблюдать в городах (рис. 101).

Чтобы понять причину подобных противоречий, примем во внимание следующее: тело сидящей на проводе птицы представляет собой как бы ответвление цепи, сопротивление которого по сравнению с другой ветвью (короткого участка между ногами птицы) огромно. Поэтому сила тока в этой ветви (в теле птицы) ничтожна и безвредна. Но если бы птица, сидя на проводе, коснулась столба крылом, хвостом или клювом — вообще каким-нибудь образом соединилась с землей, — она была бы мгновенно убита током, который устремился бы через ее тело в землю. Это нередко и наблюдается.

Птицы имеют повадку, усевшись на кронштейн высоковольтной передачи, чистить клюв о токонесущий провод. Так как кронштейн не изолирован от земли, то прикосновение заземленной птицы к проводу, находящемуся под током, неизбежно кончается гибелью. Насколько подобные случаи многочисленны, видно хотя бы из того, что, например, в Германии в свое время принимали особые меры, чтобы оградить птиц от гибели. С этой целью на кронштейнах линий высоковольтной передачи устанавливали изолированные насесты, на которых птица могла бы не только сидеть, но и безнаказанно чистить о провод свой клюв (рис. 102). В других случаях опасные места делают с помощью особых приспособлений недоступными для прикосновения птиц.

Рисунок 101. Птицы безнаказанно садятся на электрические провода. Почему?

Рисунок 102. Изолированный насест для птиц на кронштейне высоковольтной передачи.

При том широком развитии, которое получает в СССР растущая сеть высоковольтных передач, нам следует в интересах лесоводства и земледелия позаботиться об ограждении пернатого населения от истребления электрическим током.

Случалось ли вам во время грозы наблюдать картину оживленной городской улицы при кратких вспышках молнии? Вы, конечно, заметили при этом одну странную особенность: улица, только что полная движения, кажется в такие мгновения словно застывшей. Лошади останавливаются в напряженных позах, держа ноги в воздухе; экипажи также неподвижны: отчетливо видна каждая спица колеса…

Причина кажущейся неподвижности заключается в ничтожной продолжительности молнии. Молния, как и всякая электрическая искра, длится чрезвычайно малый промежуток времени — настолько малый, что его даже нельзя измерить обычными средствами. При помощи косвенных приемов удалось, однако, установить, что молния длится иногда лишь тысячные доли секунды[57]. За столь короткие промежутки времени мало что успевает переместиться заметным для глаза образом. Неудивительно поэтому, что улица, полная разнообразных движений, представляется при свете молнии совершенно неподвижной: ведь мы замечаем на ней только то, что длится тысячные доли секунды! Каждая спица в колесах быстро движущегося экипажа успевает переместиться лишь на ничтожную долю миллиметра; для глаза это все равно, что полная неподвижность.

В ту отдаленную эпоху, когда молнии приписывали «богам», подобный вопрос звучал бы кощунственно. Но в наши дни, когда электрическая энергия превратилась в товар, который измеряют и оценивают, как и всякий другой, вопрос о том, какова стоимость молнии, вовсе но должен казаться бессмысленным. Задача состоит в том, чтобы учесть электрическую энергию, потребную для грозового разряда, и оценить ее хотя бы по таксе электрического освещения.

Вот расчет. Потенциал грозового разряда равен примерно 50 миллионам вольт. Максимальная сила тока оценивается при этом в 200 тысяч ампер (ее определяют, заметим кстати, по степени намагничивания стального стержня тем током, который пробегает в его обмотке при ударе молнии в громоотвод). Мощность в ваттах получим перемножением числа вольт на число ампер; при этом, однако, надо учесть то, что, пока длится разряд, потенциал падает до нуля; поэтому при вычислении мощности разряда надо взять средний потенциал, иначе говоря — половину начального напряжения. Имеем:

мощность разряда = (50 000 000 × 200 000) / 2,

т. о. 5 000 000 000 000 ватт, или 5 миллиардов киловатт.

Получив столь внушительный ряд нулей, естественно ожидаешь, что и денежная стоимость молнии выражается огромной цифрой. Однако, чтобы получить энергию в киловатт-часах (ту, которая фигурирует в счетах за электрическое освещение), необходимо учесть время. Отдача столь значительной мощности длится около тысячной доли секунды. За это время израсходуется 5 000 000 / (3600 × 1000) ~ 1400 киловатт-часов. Один киловатт-час по тарифу обходится потребителю электрического тока в 4 копейки. Отсюда нетрудно вычислить денежную стоимость молнии;