Горизонты техники для детей, 1974 №9

Боится ли природа пустоты?

Грузный монах, тяжело дыша, медленно и осторожно поднимался по крутой улице Фаэнци, отмахиваясь от вопросов шустрого десятилетнего мальчугана, шедшего рядом с ним.

— Эванджелиста, ты слишком много сразу хочешь узнать. Всему придет своя пора. Расскажут тебе в школе и об этом.

— Ничего подобного, дядя, в школе этому не учат! А кто лучше вас разбирается в насосах! Когда во дворе вертели отверстие для трубы, мы с Альфонсо хотели посмотреть…

— Знаю, знаю. Вы путались под ногами и мешали всем вокруг. Ректор сказал мне, что когда в субботу придет расплата за все шалости минувшей недели, мы о вас еще услышим.

Маленький семинарист, узнав, что его ждет, на некоторое время успокоился, однако его смирения хватило не надолго. Вскоре он уже бормотал, не глядя на монаха, словно разговаривая сам с собой:

— Интересно, как продвигаются работы у колодца, к которому мы идем. Я ведь знаю, как это делается. Сначала копают глубокое отверстие, вставляют в него железную трубу, которая должна дойти до подпочвенной воды, а потом надо до тех пор качать железной рукояткой, пока вода не начнет вытекать через специальное отверстие. А вот почему так происходит, — это-го-то я как раз и не знаю.

Незаметно мальчугану удалось втянуть монаха в разговор:

— В верхней части этой трубы, а вернее — цилиндра, — стал объяснять он, — ходит туда и сюда поршень. Его приводит в движение железная рукоятка насоса.

— Это-то я знаю, а вот дальше что?

— Диаметр части цилиндра, находящейся в земле, меньше наземной. В месте сужения трубы находится клапан, который открывается только кверху. Над клапаном как раз и движется этот поршень, о котором я тебе говорил.

— Ну, и что дальше?

— Между клапаном и нижней поверхностью поршня всегда находится немного воздуха. Когда поршень идет вверх, объем цилиндра между нижней поверхностью поршня и клапаном увеличивается, воздух разряжается. А поскольку воздух в нижней части цилиндра под клапаном — не разряженный, то он и давит на клапан, проникая в верхнюю часть. Потом поршень снова опускается…

— Нет, дядя, он не опустится, ведь под ним много воздуха, и клапан, наверняка, захлопнется.

Монах одобрительно взглянул на племянника и улыбнулся.

— Я забыл тебе сказать, что в поршне тоже есть клапан, открывающийся кверху. Так что, когда поршень опускается, клапан внутри его открывается, и воздух выходит наружу. После нескольких движений поршня вверх и вниз воздух из нижней, более узкой части трубы будет выкачан, и теперь поршень начнет всасывать воду, которая заполнит освобожденное им место. Вода проходит вверх через оба клапана, верхний и нижний, и выливается через боковые отверстия насоса.

— Значит, вода течет кверху! Я понимаю, что воздух может идти вверх, но вода!? Как же это получается?

— Есть одно только объяснение, которое, впрочем, было известно уже в древности: природа не терпит пустоты. Как только воздух будет откачен из цилиндров и в них возникнет пустота, сейчас же туда устремится вода.

— Природа не терпит пустоты! — с восторгом повторил маленький Эванджелиста.

— Потому-то мы и можем выкачивать воду из-под земли. Вот какой это мудрый закон!

Мальчуган, наконец, утихомирился, размышляя над услышанным, а монах, тяжело дыша, поднимался в гору, прикидывая, как выполнить приказ правителя Равенны, пожелавшего иметь водный насос во дворе замка в Фаэнци. Замок стоял на высокой горе, и отец Ториччелли прекрасно знал, что все попытки соорудить насос в подобных местах до сих пор кончались неудачей. «И на этот раз ничего не выйдет из этой затеи, — печально думал он. — а ведь я же предупреждал».

Путники миновали тяжелые ворота замка и увидели работников, копошившихся во дворе под присмотром молодого мастера. Заметив отца Ториччелли, он радостно воскликнул:

— Наконец-то мы дошли до воды! Глубоко, правда, но есть!

Отец Торричелли, держа племянника за руку, медленно подошел к работникам, которые как раз опускали в отверстие длинную трубу с ситом на конце, чтобы вместе с водой не засасывало песок. Трубу пришлось наращивать. Она все шла и шла в глубину, пока наконец не уперлась в дно.

— Тридцать шесть футов! — радостно воскликнул мастер.

Отец Ториччелли молчал.

Мастер принялся проверять, как работает всасывающий клапан, а затем велел насадить и привинтить наружную часть насоса, после чего испробовал поршень. Все было в порядке.

Во дворе собралась челядь. Слуги радовались, что уже не придется возить воду на ослах из города. Толстый повар так и рвался к насосу. Он первым ухватился за рукоятку и принялся качать. Известно было, что вода сразу не потечет, что долго придется качать впустую. Однако сколько он ни махал рукояткой насоса, вода не показывалась.

— Ничего у тебя не выходит! — рассердился мастер. — Здоров ты, как бык, а качать не умеешь.

И он сам принялся за работу. Даже умаявшись вконец, он не хотел признать свое поражение.

— Да ведь там же есть вода! — крикнул какой-то работник, — Слышно, как она бурлит. Только вот до отверстия никак не доходит.

Отец Торричелли стоял с невозмутимым видом. Наконец, он сухо произнес:

— Из этого насоса вода не потечет.

— Как это так? — заволновался мастер. — Столько работы впустую? Ведь все сделано, как надо!

— Я предупреждал вас, что если вода находится глубоко, то насос не выкачает ее на поверхность.

Сказав это, монах пошел прочь, оставив расстроенного мастера и ошеломленных работников.

Маленький Эванджелиста не отпускал дядину руку. Как только они вышли за ворота, он воскликнул:

— Почему так происходит, дядя? Разве этот насос не откачивает воздух из цилиндра? Разве там не образуется пустота? Ведь природа не терпит пустоты! Почему же этот насос не работает?

Отец Торричелли поднял голову, задумчиво поглядел вдаль и произнес:

— Не знаю. Никто этого не знает. Одно могу тебе сказать: если вода находится глубже 32 футов[1], насос не поднимает ее на поверхность. И хотя природа боится пустоты, делу это не поможет.

* * *

— Эванджелиста, Эванджелиста!

Юноша спускался по ступенькам

Римского университета. Друг помахал ему издали рукой.

— Я здесь, Альфонсо.

— Эванджелиста, посмотри-ка! Я получил письмо. Знаешь от кого? — От самого Галилея, который приходится родственником моей матери. Верно, это письмо написано под его диктовку. Ведь он почти ослеп и очень слаб здоровьем после приговора Святой инквизиции, пославшей его на смерть. И все же он не оставляет своих занятий, следит за тем, что происходит в науке. Он попросил прочитать ему твой трактат «О движении тяжелых тел», а теперь хочет, чтобы ты приехал к нему в Арчетри.

— Это большая честь, Альфонсо, работать с таким человеком! — произнес Торричелли.

— Ты должен поспешить с отъездом, Эванджелиста, — отозвался друг. — Галилею уже 78 лет, и здоровье у него сильно подорвано.

Несколько лет спустя Эванджелиста Торричелли не раз сожалел, что слишком поздно приехал к великому ученому, лишь за три месяца до его кончины. В памяти молодого естествоиспытателя навсегда сохранился светлый образ Галилея — неутомимого искателя истины.

Теперь Торричелли был придворным физиком и математиком герцога Флоренции. Он продолжал опыты Галилея, изготовлял микроскопы, шлифовал линзы, однако больше всего его занимали эксперименты с проточной водой. Одна мысль неотступно преследовала его, но ему не с кем было поделиться своими догадками. Наконец, в начале 1644 года, после многократных просьб и приглашений, к нему в гости приехал друг юношеских лет, физик Альфонсо Борелли.

— Значит, ты считаешь, Эванджелиста, что у воздуха есть вес? — произнес Альфонсо, выслушав рассказ приятеля.

— У этого воздуха, который покоится сейчас на моей ладони? Положи на нее перышко, и я почувствую его вес, но воздух?!

— Просто мы с рождения привыкли к его давлению, — ответил Торричелли. — Впрочем, еще древние греки предполагали, что воздух обладает тяжестью, однако не нашли подтверждения своим догадкам.

— А у тебя оно есть?

— Есть.

— Любопытно.

— Пойдем ко мне в лабораторию. Сам убедишься в этом.

Альфонсо поспешил за другом. Он ожидал увидеть какие-нибудь сложные приборы и из ряда вон выходящие опыты. Но ничего подобного не произошло. Торричелли взял с полки плоскую чашу и наполнил ее ртутью, потом вынул из ящика стеклянную трубку, закрытую с одной стороны, которую также наполнил ртутью. Затем он заткнул ее пальцем, перевернул трубку отверстием книзу и осторожно опустил в чашу с ртутью.

— Выльется! — воскликнул Борелли.

Но ртуть в трубке лишь немного опустилась, а над ней образовалась пустота.

— Эта чаша и трубка — своего рода сообщающиеся сосуды, не так ли? — сказал Торричелли. — Только в сообщающихся сосудах жидкость находится на одинаковом уровне.

Борелли неотрывно смотрел на ртутный столб.

— Разреши мне повторить этот опыт, — попросил он.

— Сделай одолжение. Только сначала измерь высоту ртутного столба в трубке.

— Два фута с четвертью[2], — произнес Борелли.

— А теперь возьми другой сосуд и сделай то же самое.

Альфонсо в точности повторил опыт. И у него высота ртутного столба равнялась двум с четвертью футам. Сколько раз друзья ни повторяли опыт, результат оставался неизменным.

— Как ты это объясняешь? — спросил Борелли, не скрывая своего изумления. — И что здесь общего с весом воздуха?

— Послушай. Над сосудом с ртутью находится очень высокий столб воздуха, идущий к верхним слоям атмосферы. Этот воздушный столб давит на ртуть в чаше, как и на все вокруг нас. Но когда я переворачиваю трубку отверстием вниз, и немного ртути вытекает из нее в чашу, то над ртутью в трубке воздуха уже нет, ведь он не мог туда попасть. Там — пустота. Столб воздуха, который давит на поверхность ртути в чаше, приводит к тому, что она, в свою очередь, давит на ртуть в трубке и не дает ей вытечь. Воздух всегда примерно одинаково давит на поверхность ртути в чаше, и ртутный столб сегодня получался у нас все время одинаковой высоты.

— Что означают твои слова «всегда примерно одинаково?»

— Давление сегодня, в этой комнате, не меняется. Но если бы мы поднялись с нашими приборами на очень высокую гору, то там столб воздуха будет ниже, а это значит, что давление понизится и ртутный столб также уменьшится. То же самое происходит, как я убедился, и в жаркие дни. Вероятно, сухой воздух более тяжелый, потому что столбик ртути Иурет кверху, а при влажном воздухе он опускается.

— Эванджелиста, так ведь это значит, что можно предвидеть дожди и жару! Это великолепное изобретение!

Торричелли улыбнулся, довольный похвалой друга.

— Я как раз делаю такой прибор для герцога Флоренции.

— Значит, неверно нам внушали в школе, будто природа не терпит пустоты, — торопливо говорил Борелли. Из твоих опытов вытекает, что атмосферный воздух просто-напросто давит на поверхность воды и поднимает ее при работе насоса вверх, как ртуть в твоей трубке.!

— Из-за атмосферного давления ртуть может подняться в трубке только до определенного предела. То же самое происходит и с водой. Атмосферное давление позволяет воде подняться в цилиндре лишь до 32 футов и ничуть не выше. Потому-то и колодец глубиной 36 футов во дворе замка Чаэнци не давал воды, сколько бы ни пытались выкачать ее на поверхность.

Альфонсо стоял перед первым в мире барометром и с восхищением разглядывал его.

— А все началось с этой пустоты над ртутным столбом.

С пустоты, названной Торричеллевой.

ГАННА КОРАБ