По образу и подобию

Добрая старая модель

Как над ним смеялись! Вволю. Безответственный джентльмен, желающий лишить флот его величества лучшего корабля новейшей конструкции, — это было еще самое мягкое. А он снова и снова стучался в двери Британского адмиралтейства — инженер Рид. И было из-за чего. Согласно его утверждениям, великолепный броненосец «Кэптен», краса и гордость военного флота Англии, должен был вот-вот пойти ко дну — и без всякого участия шпионов и диверсантов из другого государства.

Дело в том, что в опытах Рида при отсутствии малейшего морского волнения модель броненосца опрокинулась. Разумеется, британские адмиралы не пожелали считаться с детскими игрушками.

Что же, по сей день стоит в Лондоне памятная доска с надписью, начинающейся словами:

«Вечное порицание невежественному упрямству лордов адмиралтейства…»

Но ее поставили уже после того, как «Кэптен» погиб вместе со всем своим многочисленным экипажем.

И так же трагична история другого броненосца, уже русского, — знаменитого броненосца «Петропавловск». Горька его известность: на «Петропавловске», вместе с сотнями офицеров и матросов, погибли последний большой флотоводец царской России адмирал Макаров и художник Верещагин. А между тем именно Макаров за несколько лет до русско-японской войны исследовал вместе со знаменитым кораблестроителем Крыловым, как ведет себя в опытном бассейне модель броненосца «Петропавловск». И они пришли к выводу, что броненосец слишком легко потопить, что сравнительно небольшой крен уже заставит его перевернуться. Им не удалось только заставить царское правительство сделать выводы из их наблюдений, ассигновать деньги на переделку подводной части корабля.

Об этом с горечью и гневом напомнил господам адмиралам и министрам Крылов после гибели броненосца. Ведь при попадании в него японской торпеды все произошло именно так, как предсказывали модельные опыты…

«Добрая старая модель» — так названа эта глава потому, что она о моделях, повторяющих основные черты внешнего вида своих прототипов, о моделях, которые люди начали строить еще в ту пору, когда не знали не только теории подобия, но и вообще никаких научных физических теорий. Правило: семь раз отмерь, один отрежь — в ходу у человечества уже целые тысячелетия. А на чем лучше мерить, чем на модели? И строители храмов и крепостей древнего Египта, так же как строители акведуков — водопроводов — в Римской империи, проверяли свои планы на моделях, сделанных из песка, глины и камня.

Модели механические, по современной терминологии, то есть сделанные строго по внешнему образу и подобию реального или предполагаемого прототипа, дошли до нас из глубины веков.

А потом Леонардо да Винчи создавал модели каналов, крепостей, геликоптеров… и строго критиковал одного хорошего архитектора, который в модели своего храма сохранил внешнее, геометрическое подобие, но заменил один материал другим.

А потом русский инженер XIX века Д. И. Журавский давал представителям зарубежной фирмы удивительнейший из концертов. Он держал в руках смычок, но водил им не по скрипке, а по тонким проволочкам, соединявшим части модели моста.

Дело было вот в чем. Незадолго перед тем чуть ли не весь мир победно обошел новый способ сооружения мостов, предложенный американцем Гау. Гау никак нельзя было отказать в таланте, а его способу — в остроумии. Он строго выдержал принцип детского «Конструктора». Мосты по его системе собирались из типовых ферм быстро, удобно и тех размеров, которые в данном случае были нужны. Конечно, далеко не везде годился этот метод, но там, где он оказался применим, им были довольны. А Журавский нашел у мостов Гау ахиллесову пяту — слабое место. Все фермы здесь были, подлинно, как детали в «Конструкторе», одной и той же прочности. И соединяли их между собой типовые же болты, тоже повсюду одинаковые. По расчетам Журавского выходило, что такое конструкторское решение здесь необоснованно — напряжения в разных точках моста должны быть различны. Но на его расчеты особого внимания не обратили: у Журавского одни расчеты, у Гау другие… И тогда русский инженер сделал модель моста Гау, только фермы в ней соединили не болтами, а тонкими проволочками. И нашел остроумнейший и нагляднейший способ показать, что проволочки в разных местах натянуты по-разному. Для этого и понадобился ему смычок. Будь натяжение проволочек одинаково, они все издавали бы один и тот же звук; на самом же деле высота звука оказалась зависящей от места расположения проволочки. Модель и опыт-концерт были не просто опровержением теорий Гау, они давали возможность исправить на будущее ошибки его системы.

Однако и в моделях, внешне похожих на свои объекты, часто приходится принимать особые меры, чтобы они подчинялись тем же законам. Модели дирижаблей иногда наполняют не водородом или гелием, а тяжелой ртутью. И заставляют их не летать, а тонуть. Тонуть в ванночке, наполненной водой или какой-нибудь другой жидкостью.

Зачем? От изменения масштабов явления в нем меняется чрезвычайно многое. Джонатан Свифт был не прав, когда делал своих лилипутов и великанов точными копиями человека, только меньшими или большими в длину — в 12 раз, по поверхности — в 144, по объему — в 1728. Рост живых существ не случаен. Великаны, к которым попал Гулливер, должны были бы ломать себе кости чуть ли не на каждом шагу, потому что конструкция, скажем, наших конечностей рассчитана, с определенным запасом прочности, именно на существующие их размеры. То же правило соблюдается и в созданиях самого человека.

Силы, с которыми газ действует изнутри на стенки маленькой модели дирижабля, несравненно меньше тех, с которыми приходится иметь дело в самом дирижабле. Вот и приходится заменять газ ртутью, чтобы добиться здесь соответствия. Модели механические оказываются часто способны играть роль «машин времени». В начале 30-х годов двое советских ученых, Н. Н. Давиденков и Г. И. Покровский, одновременно и независимо друг от друга предложили метод центрифугирования моделей сооружений. Модель, скажем, земляной плотины раскручивается в центрифуге; при этом на модель действует центробежная сила, и микроплотина начинает испытывать перегрузки, точно космонавт на испытаниях. Но никогда еще человека не подвергали таким перегрузкам, какие приходятся на долю моделей, — ни один богатырь их бы не выдержал. А раз все в модели плотины утяжеляется, значит, там быстрее течет вода, сверхускоренными темпами проходит осадка грунта. Можно сделать так, чтобы за несколько часов в модели произошли те же изменения, какие в ее оригинале могут случиться лишь на протяжении десятков и сотен лет.

В Институте физиологии растений Академии наук СССР уже давно работает камера искусственного климата. Здесь нетрудно в течение секунд сменить снежный буран — самумом, не уступающим африканскому, воссоздать пылевую бурю и приблизиться к марсианским природным условиям.

Впрочем, цель этой книги отнюдь не перечень моделей. Познакомимся хоть немного подробнее с тремя проблемами, в которых делу очень помогают модели — я имею здесь в виду «трехмерные материальные структуры», то есть модели физические.

Объекты их соответственно — кусочек земной поверхности, вся планета Земля целиком и поверхность Луны.

Итак, история первая.